B4 · Noyau
Chromosomes, caryotype et techniques de cytogénétique
Décrire la morphologie du chromosome métaphasique et les critères de classement d'un caryotype. Présenter les techniques de bandes et d'hybridation in situ et la nomenclature des anomalies chromosomiques.
Biologie cellulaire8 min de lecture17 QCM corrigés
Du chromosome interphasique au chromosome métaphasique
La compaction de l'ADN en chromatine est étudiée dans le bloc consacré aux acides nucléiques. En cytogénétique, le chromosome est surtout observé pendant la métaphase, car sa condensation est alors maximale et permet de distinguer sa morphologie et ses bandes.
Après réplication de l'ADN, chaque chromosome métaphasique comporte deux chromatides sœurs. Chacune contient une molécule d'ADN identique à celle de l'autre, sous réserve d'une éventuelle mutation. Les chromatides restent associées jusqu'à leur séparation lors de la division cellulaire.
Organisation morphologique
Le kinétochore est un complexe protéique assurant l'attachement du chromosome aux microtubules du fuseau mitotique. Le centromère divise chaque chromatide en deux bras :
- le bras court, noté , selon le terme « petit » ;
- le bras long, noté , lettre suivante de dans l'alphabet.
Les extrémités des bras sont les télomères, régions spécialisées qui protègent les extrémités chromosomiques. Leur structure moléculaire et leur maintien par la télomérase sont étudiés dans la fiche consacrée à la réplication et à l'intégrité de l'ADN.
Certains chromosomes présentent une constriction secondaire, distincte du centromère. Une portion terminale séparée du reste du chromosome par cette constriction constitue un satellite.
Position du centromère
La position du centromère détermine la silhouette générale du chromosome. Elle peut être appréciée par la longueur relative des bras ou par l'indice centromérique, rapport entre la longueur du bras court et la longueur totale du chromosome.
Caryotype et classement chromosomique
Le caryogramme est la représentation organisée des chromosomes observés, tandis que le caryotype désigne plus largement leur constitution et leur description. Le génome nucléaire humain normal comporte chromosomes, répartis en paires d'autosomes et une paire de chromosomes sexuels, également appelés gonosomes.
Deux chromosomes homologues appartiennent à une même paire. Ils portent les mêmes loci dans le même ordre, mais peuvent porter des allèles différents. Leur reconnaissance ne repose donc pas seulement sur leur longueur : leur profil de bandes doit également correspondre.
Critères de classement
Les chromosomes sont ordonnés selon plusieurs critères complémentaires :
- La taille globale, généralement décroissante.
- La position du centromère, qui distingue les chromosomes métacentriques, submétacentriques et acrocentriques.
- Le profil de bandes, caractéristique de chaque paire.
- La présence éventuelle de satellites ou de constrictions secondaires.
- La correspondance entre homologues, qui permet de rechercher une différence de nombre ou de structure.
Obtention d'un caryotype
L'analyse conventionnelle exige des cellules capables d'entrer en division. Les chromosomes doivent être individualisés, étalés et suffisamment condensés pour être comparés.
La qualité de l'analyse dépend de la résolution chromosomique, c'est-à-dire du nombre de bandes discernables. Des chromosomes moins condensés présentent davantage de bandes et permettent de reconnaître des remaniements plus petits. À l'inverse, une forte condensation facilite le comptage mais réduit la finesse de l'analyse structurale.
Techniques de bandes chromosomiques
Une bande chromosomique est une région qui se colore différemment des régions voisines après un traitement standardisé. La succession des bandes constitue une signature reproductible du chromosome.
Chaque bras est divisé en régions, elles-mêmes divisées en bandes puis en sous-bandes. La numérotation commence au centromère et progresse vers le télomère. Une localisation cytogénétique comprend donc successivement le numéro du chromosome, la lettre du bras, puis les numéros de région, de bande et éventuellement de sous-bande.
Hybridation in situ fluorescente
La technique repose sur la complémentarité des bases. L'ADN chromosomique et la sonde sont d'abord dénaturés, ce qui sépare leurs deux brins. La sonde s'hybride ensuite à sa séquence cible. Après élimination des liaisons non spécifiques, les signaux fluorescents sont observés au microscope.
Les sondes peuvent cibler :
- une séquence unique correspondant à un locus déterminé ;
- une séquence répétée centromérique ;
- une région chromosomique étendue ;
- l'ensemble d'un chromosome par une coloration chromosomique globale.
L'hybridation peut être réalisée sur des chromosomes métaphasiques, ce qui renseigne précisément sur la localisation du signal, ou sur des noyaux interphasiques, ce qui permet une analyse sans attendre une métaphase.
Nomenclature des anomalies chromosomiques
La nomenclature internationale décrit successivement le nombre total de chromosomes, la constitution en chromosomes sexuels, puis les anomalies numériques ou structurales. Les différentes informations sont séparées par des virgules.
Anomalies numériques
Une perte chromosomique est indiquée par le signe moins placé devant le chromosome concerné ; un gain est indiqué par le signe plus. La polyploïdie correspond au gain d'un ou plusieurs lots haploïdes complets.
Le mosaïcisme est la coexistence, chez un même individu, d'au moins deux lignées cellulaires chromosomiquement différentes issues d'un même zygote. La notation mos précède alors la description des lignées, séparées par une barre oblique.
Anomalies structurales
Une anomalie structurale résulte d'une ou de plusieurs cassures chromosomiques suivies d'une réparation ou d'une réunion anormale.
- del désigne une délétion, donc une perte de segment.
- dup désigne une duplication, donc la répétition d'un segment.
- inv désigne une inversion, avec réintégration d'un segment dans l'orientation opposée.
- t désigne une translocation entre chromosomes.
- rob désigne une translocation robertsonienne entre chromosomes acrocentriques.
- r désigne un chromosome en anneau.
- i désigne un isochromosome, formé de deux bras identiques.
- dic désigne un chromosome dicentrique.
- der désigne un chromosome dérivé résultant d'un remaniement.
Une inversion est paracentrique si elle n'inclut pas le centromère et péricentrique si elle l'inclut. Les chromosomes concernés et les points de cassure sont précisés entre parenthèses, dans l'ordre imposé par la nomenclature.
Un remaniement déséquilibré entraîne au contraire une perte ou un gain de matériel. Le terme équilibré décrit uniquement le bilan quantitatif observable : il n'exclut ni la rupture d'un gène ni un effet lié au déplacement d'une région génomique.
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