CYTOGÉNÉTIQUE: HISTOIRE, CE QU'ELLE ÉTUDIE, TECHNIQUES, APPLICATIONS - LA BIOLOGIE - 2025

La cytogénétique est l'étude de la morphologie, de la structure et de la fonction des chromosomes, y compris leurs changements au cours de la division cellulaire somatique, ou mitose, et pendant la division cellulaire reproductrice, ou méiose.

La cytologie étudie également les facteurs qui provoquent des changements chromosomiques, y compris pathologiques, qui apparaissent d'une génération à l'autre, et évolutifs, qui agissent sur plusieurs générations.

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L'histoire

Les années et événements mémorables de l'histoire de la cytogénétique sont les suivants:

- En 1842, Karl Wilhelm von Nägeli a observé des «cellules souches transitoires», appelées plus tard chromosomes.

- En 1875, Eduard Strasburger a identifié des chromosomes dans les plantes. En 1979, Walther Flemming l'a fait chez les animaux. Flemming a inventé les termes chromatine, prophase, métaphase, anaphase et télophase.

- En 1888, W. Waldeyer a inventé le terme chromosome.

- En 1893, Oscar Hertwig publie le premier texte sur la cytogénétique.

- En 1902, Theodor Boveri et Walter Sutton ont découvert des chromosomes homologues.

- En 1905, Nettie Stevens a identifié le chromosome Y.

- En 1937, Albert Blakeslee et AG Avery ont arrêté la métaphase avec la colchicine, facilitant grandement l'observation des chromosomes.

- En 1968, Torbjörn Caspersson et al. Ont décrit les bandes Q. En 1971, Bernard Dutrillaux et Jérôme Lejeune ont décrit les bandes R.

- En 1971, les bandes C ont été discutées lors d'une conférence sur la nomenclature des chromosomes humains.

- En 1975, C. Goodpasture et SE Bloom ont décrit la coloration Ag-NOR.

- En 1979, Jorge Yunis a décrit les méthodes à haute résolution pour les bandes G.

- En 1986–1988, Daniel Pinkel et Joe Gray développent la technique FISH (fluorescent in situ hybridization).

- En 1989, Hermann - Josef Lüdecke a microdissecté des chromosomes.

- En 1996, Evelyn Schröck et Thomas Ried ont décrit le typage caryotypique spectral multichromatique.

Découvertes chez l'homme

En 1914, Theodor Boveri a suggéré que le cancer pourrait être dû à des changements chromosomiques. En 1958, Charles E. Ford a observé des anomalies chromosomiques au cours de la leucémie.

En 1922, Theophilus Painter a publié que les humains ont 48 chromosomes. Il a fallu attendre 1956 pour que Jo Hin Tjio et Albert Levan établissent qu'ils ont en fait 46 chromosomes.

En 1932, PJ Waardenburg suggéra, sans le prouver, que le syndrome de Down pouvait être le résultat d'une aberration chromosomique. En 1959, Jérôme Lejeune a démontré la présence d'un chromosome extra somatique chez des patients atteints du syndrome de Down.

Toujours en 1959, Charles E. Ford a rapporté que les femmes atteintes du syndrome de Turner n'avaient pas l'un des deux chromosomes X, tandis que Patricia Jacobs et John Strong ont découvert la présence d'un chromosome X supplémentaire chez les hommes atteints du syndrome de Klinefelter.

En 1960, JA Böök et Berta Santesson ont décrit la triploïdie, Klaus Patau a décrit la trisomie 13 et John Edwards a décrit la trisomie 18.

En 1969, Herbert Lubs a d'abord découvert le syndrome du X fragile. Cette même année, l'amniocentèse a commencé à être utilisée pour le diagnostic cytogénétique.

Champ d'étude

Les cytogénéticiens étudient l'évolution chromosomique des êtres vivants, en utilisant des caryotypes pour faire des analyses phylogénétiques et résoudre des problèmes taxonomiques.

En outre, ils étudient les aspects épidémiologiques des aberrations chromosomiques humaines et les facteurs environnementaux qui les produisent, diagnostiquent et traitent les patients atteints d'anomalies chromosomiques et développent des approches moléculaires pour déchiffrer la structure, la fonction et l'évolution des chromosomes.

Morphologie chromosomique

Chaque chromosome est composé de deux chromatides, maintenues ensemble par une constriction appelée centromère. Les sections de chromosome qui partent du centromère sont appelées bras.

Les chromosomes sont appelés métacentriques lorsqu'ils ont le centromère en leur milieu; submétacentrique s'ils l'ont légèrement éloigné du milieu, de sorte que les bras opposés ne sont pas de longueur égale; acrocentrique si le centromère est proche de l'un des extrêmes; et télocentrique si le centromère est juste à une extrémité du chromosome.

Techniques: traitement des échantillons

Les étapes à suivre pour traiter les échantillons sont les suivantes.

Obtention de l'échantillon

Acquisition du tissu requis, stockage dans le milieu et dans des flacons appropriés.

Cultive

À l'exception des échantillons pour l'analyse FISH, une période de culture comprise entre un jour et plusieurs semaines est nécessaire avant la récolte.

Récolté

C'est l'obtention de cellules en métaphase.

Arrêter la mitose

L'analyse cytogénétique standard nécessite l'arrêt de la mitose afin que les cellules restent en métaphase, en utilisant la colchicine ou le Colcemid®.

Traitement hypotonique

Il augmente le volume des cellules, ce qui permet aux chromosomes de s'étendre.

Fixation

3: 1 méthanol - l'acide acétique est utilisé pour éliminer l'eau des cellules, durcir les membranes et la chromatine pour la coloration.

Préparation de la feuille

Les cellules fixées sont étalées sur des lames de microscope, après quoi elles sont séchées.

Coloration chromosomique

Il existe plusieurs méthodes de coloration pour reconnaître les différences entre les chromosomes. Le plus courant est le G.

Analyse microscopique

Vous permet de choisir des cellules appropriées pour observer et photographier les chromosomes.

Préparation des caryogrammes

Sur la base de photographies de cellules en métaphase, des images de l'ensemble des chromosomes d'une cellule représentative sont composées pour une étude ultérieure.

Bandes chromosomiques

Il existe quatre types de bandes chromosomiques: les bandes hétérochromatiques; bandes euchromatiques, régions organisant le nucléole (NOR); kinétochores.

Les bandes hétérochromatiques apparaissent comme des blocs discrets. Ils correspondent à l'hétérochromatine, qui contient des séquences d'ADN très répétitives qui représentent des gènes conventionnels et ne sont pas décondensées à l'interface.

Les bandes euchromatiques sont constituées d'une série de segments alternés qui sont ou non affectés par la coloration. Ces bandes diffèrent en taille, formant des motifs distinctifs caractéristiques de chaque paire de chromosomes d'une espèce, ce qui les rend très utiles pour identifier les translocations et réarrangements chromosomiques.

Les NOR sont les segments des chromosomes qui contiennent des centaines ou des milliers de gènes d'ARN ribosomique. Ils sont généralement visualisés comme des constrictions.

Les kinétochores sont les sites de liaison du fuseau des microtubules aux chromosomes.

Coloration de la bande chromosomique

Le baguage chromosomique consiste en des techniques de coloration qui révèlent des schémas de différenciation longitudinale (régions claires et sombres) qui ne pourraient pas être vus autrement. Ces schémas permettent de comparer différentes espèces et d'étudier les changements évolutifs et pathologiques au niveau chromosomique.

Les méthodes de bandes chromosomiques sont divisées entre celles qui utilisent une coloration par absorption, généralement des pigments de Giemsa, et celles qui utilisent la fluorescence. Les méthodes de coloration par absorption nécessitent un traitement physico-chimique préliminaire, comme décrit dans «Traitement des échantillons».

Certains types de bandes permettent de mettre en évidence des modèles de régions restreintes de chromosomes liées à des propriétés fonctionnelles. D'autres permettent la visualisation des différences entre chromosomes homologues qui permettent d'identifier des segments.

Bandes C

La bande C colore la plupart des bandes hétérochromatiques, ce qui en fait la technique universelle pour montrer la présence d'hétérochromatine dans les chromosomes. D'autres méthodes ne colorent qu'une partie de l'hétérochromatine totale, ce qui les rend plus utiles que les bandes C pour différencier les types d'hétérochromatine.

Bandes Q

Le Q-banding est la technique de coloration la plus ancienne. Il doit son nom à l'utilisation de la quinacrine. Il est efficace quelle que soit la méthode de préparation des chromosomes. C'est une méthode alternative à la bande G. Elle est rarement utilisée, mais sa fiabilité la rend utile lorsque le matériau est rare ou difficile à cercler.

Bandes G

La bande G, basée sur l'utilisation de la Giemsa et de la trypsine, est la plus utilisée aujourd'hui. Il permet la détection des translocations, inversions, suppressions et duplications. C'est la méthode la plus utilisée pour la caractérisation des caryotypes chez les vertébrés, montrant des différences entre les chromosomes qui ne peuvent pas être distinguées uniquement sur la base de leur morphologie.

Bandes R

La bande R produit un motif de coloration inverse par rapport à la bande G (les bandes R claires égalent les bandes G foncées et vice versa). La bande R est particulièrement utile pour mettre en évidence les extrémités des chromosomes, qui sont légèrement colorées lorsque la bande G est utilisée.

Bandes T

La bande T est une variante de la bande R dans laquelle il n'y a pas de coloration de la plupart des bandes interstitielles des chromosomes, de sorte que les régions terminales des chromosomes sont intensément colorées.

Bandes Ag-NOR

Le bandage Ag-NOR est utilisé pour localiser les NOR par coloration à l'argent. Dans le bandage Ag-NOR, les gènes NOR inactifs peuvent ne pas être colorés. Par conséquent, ce banding est utilisé pour étudier les changements dans l'activité des gènes ribosomaux au cours de la gamétogenèse et du développement embryonnaire.

Hybridation in situ fluorescente (FISH)

Le bandage FISH permet de visualiser les chromosomes à l'aide de sondes marquées par fluorescence. La technologie FISH permet une analyse caryotypique des cellules qui ne se divisent pas.

Le bandage FISH permet la détection de séquences d'ADN spécifiques dans les chromosomes, les cellules et les tissus. Par conséquent, il peut être utilisé pour détecter des anomalies chromosomiques qui impliquent de petits segments d'ADN.

Le baguage FISH a ouvert la voie à deux techniques connexes plus sophistiquées, connues sous le nom de caryotypage spectral (SKY) et de FISH multicolore (M-FISH).

Dans SKY et M-FISH, des colorants fluorescents sont utilisés, qui produisent ensemble des combinaisons de couleurs, une pour chaque chromosome. Ces techniques ont été très utiles pour détecter des aberrations chromosomiques complexes, telles que celles observées dans certaines tumeurs et dans la leucémie lymphoblastique aiguë.

Applications médicales

- Cytogénétique du cancer. Les aberrations chromosomiques et l'aneuploïdie sont fréquentes dans les tumeurs. Les translocations chromosomiques peuvent avoir des effets cancérigènes par la production de protéines de fusion. La cytogénétique est utilisée pour suivre les progrès des traitements contre le cancer.

- Sites fragiles et fracture chromosomique. Les sites chromosomiques fragiles peuvent conduire à des pathologies telles que le syndrome du X fragile. L'exposition à des agents cytotoxiques peut provoquer une fracture chromosomique. Les porteurs de certaines mutations autosomiques n'ont pas la capacité de réparer l'ADN endommagé lors d'une fracture chromosomique.

- Anomalies numériques des chromosomes. Le nombre de chromosomes permet de diagnostiquer des trisomies, comme celle qui cause les syndromes de Down, Edwards et Patau. Il permet également le diagnostic des syndromes de Turner et Klinefelter.

- Dans la leucémie myéloïde chronique, les globules blancs ont un «chromosome Philadelphie». Ce chromosome anormal est le résultat de la translocation des chromosomes 9 et 22.

Références

1. Abbott, JK, Nordén, AK, Hansson, B. 2017. Evolution des chromosomes sexuels: perspectives historiques et perspectives d'avenir. Actes de la Royal Society B, 284, 20162806.
2. Cregan, ERC 2008. Tout sur la mitose et la méiose. Édition de matériaux créés par l'enseignant, Huntington Beach, Californie.
3. Gersen, SL, Keagle, MB, éds. 2013. Les principes de la cytogénétique clinique. Springer, New York.
4. Gosden, JR, éd. 1994. Méthodes en biologie moléculaire, volume 29. Protocoles d'analyse chromosomique. Humana Press, Totowa, NJ
5. Hughes, JF, Page, DC 2015. Biologie et évolution des chromosomes Y des mammifères. Revue annuelle de génétique, 49, 22.1–22.21.
6. Kannan, TP, Alwi, ZB 2009. Cytogénétique: passé, présent et futur. Journal malaisien des sciences médicales, 16, 4–9.
7. Lawce, HJ, Brown, MG 2017. Cytogénétique: un aperçu. Dans: The AGT Cytogenetics Laboratory Manual, quatrième édition. Arsham, MS, Barch, MJ, Lawce, HJ, éds. Wiley, New York.
8. Sacerdot, C., Louis, A., Bon, C., Berthelot, C., Crollius, HR 2018. L'évolution des chromosomes à l'origine du génome ancestral des vertébrés. Biologie du génome, 19, 166.
9. Schubert, I. 2007. Evolution des chromosomes. Opinion actuelle en biologie végétale, 10, 109-115.
10. Schulz-Schaeffer, J. 1980. Cytogénétique - plantes, animaux, humains. Springer-Verlag, New York.