الشذوذات الصبغية عند الإنسان وتحليل الخرائط الصبغية
أهداف الدرس
في نهاية هذا الدرس، ينبغي أن تكون قادرًا على:
تعريف الخريطة الصبغية (caryotype) ووصف مراحل إنجازها، مع تعليل كل مرحلة تقنية؛
تحديد معايير ترتيب الصبغيات وقراءة الصيغة الصبغية المكتوبة بالاصطلاح الدولي؛
التمييز بين الشذوذات العددية والشذوذات البنيوية وتصنيف كل منها؛
ربط الشذوذات العددية بأخطاء الانفصال خلال الانقسام الاختزالي، والتمييز بين خطأ في الانقسام الأول وخطأ في الثاني؛
تفسير العلاقة بين تواتر التثلثات وسن الأم انطلاقًا من خصائص التكوين البيضي؛
تحليل خريطة صبغية معطاة: العدّ، تحديد الشذوذ، كتابة الصيغة، الاستنتاج؛
تفسير أصل ثلاثية الصيغة الصبغية (triploïdie) بآليتين مختلفتين.
1. الخريطة الصبغية: تعريفها وتقنية إنجازها
1.1 المراحل والتعليل التقني
المرحلة
العملية
تعليلها
1. أخذ العينة
لمفاويات من الدم، أو خلايا من السائل الأمنيوسي (بزل السلى)، أو من الزغابات المشيمية
يجب توفر خلايا قادرة على الانقسام
2. الاستنبات
زرع في وسط مغذٍّ مع محفّز انقسامي
زيادة عدد الخلايا المنقسمة
3. الحجز في الطور الاستوائي
إضافة الكولشيسين (colchicine)
يمنع تشكّل خيوط المغزل، فتتراكم الخلايا في الطور الاستوائي بصبغيات مكثفة
4. الصدمة الحلولية
وضع الخلايا في محلول ناقص التوتر
ينتفخ الغشاء فتتباعد الصبغيات بعضها عن بعض
5. التثبيت والفرش والتلوين
فرش على صفيحة وتلوين (أشرطة G)
إظهار أشرطة (bandes) خاصة بكل صبغي تسمح بتمييزه بدقة
6. التصوير والترتيب
تصوير مجهري ثم ترتيب معلومياتي
إنتاج الخريطة الصبغية النهائية
صورة 1 — قيد الإعدادوصف الوثيقة
خطاطة علمية تعليمية بأسلوب كتاب مدرسي جامعي، رسم مسطح (flat vector) بألوان هادئة، تعرض مراحل إنجاز الخريطة الصبغية في ستة مربعات متتابعة مرتبة من اليمين إلى اليسار وموصولة بأسهم. المربع 1: أنبوب سحب دم وحقنة بزل السلى مع تسمية «أخذ العينة». المربع 2: قارورة استنبات فيها وسط مغذٍّ وخلايا مع تسمية «الاستنبات». المربع 3: قطارة تضيف سائلًا إلى القارورة وخلية مرسومة بصبغيات مكثفة بلا مغزل، مع تسمية «إضافة الكولشيسين: حجز في الطور الاستوائي». المربع 4: خلية منتفخة وصبغيات متباعدة داخلها مع تسمية «صدمة حلولية». المربع 5: صفيحة زجاجية عليها صبغيات مفروشة وملونة بأشرطة عرضية داكنة وفاتحة مع تسمية «فرش وتلوين بالأشرطة». المربع 6: خريطة صبغية مرتبة في أزواج مرقّمة مع تسمية «التصوير والترتيب». خلفية بيضاء نظيفة، تسميات بخط عربي واضح، رسم دقيق ومقروء
1.2 معايير الترتيب والصيغة الصبغية
تُرتَّب الصبغيات في أزواج حسب ثلاثة معايير: الحجم المتناقص، وموقع السنترومير، ونمط الأشرطة.
عند الإنسان: 22 زوجًا من الصبغيات الجسمية (autosomes) + زوج من الصبغيات الجنسية (gonosomes).
موقع السنترومير
تسمية الصبغي
في الوسط
متوسط السنترومير (métacentrique)
منزاح قليلًا
تحت متوسط (submétacentrique)
قرب الطرف
طرفي السنترومير (acrocentrique)
الاصطلاح الدولي لكتابة الصيغة الصبغية: العدد الإجمالي، ثم الصبغيان الجنسيان، ثم الشذوذ إن وُجد.
الصيغة
دلالتها
46,XX
أنثى بخريطة صبغية عادية
46,XY
ذكر بخريطة صبغية عادية
47,XX,+21
أنثى بتثلث الصبغي 21
45,X
أنثى بانعدام صبغي جنسي (أحادية X)
47,XXY
ذكر بصبغي X إضافي
2. الشذوذات العددية
2.1 التصنيف
النمط
التعريف
أمثلة عند الإنسان
اختلال الصيغة (aneuploïdie)
زيادة أو نقصان صبغي واحد (أو أكثر) عن العدد العادي
تثلث 21، تثلث 18، تثلث 13، 45,X، 47,XXY، 47,XYY
تعدد الصيغة (polyploïdie)
مضاعفة مجموعة صبغية كاملة
ثلاثية الصيغة 69,XXX (غير قابلة للحياة عند الإنسان)
ملاحظة أساسية: الشذوذات المسّة بالصبغيات الجسمية أشد وطأة من تلك المسّة بالصبغيات الجنسية، ولا يبقى منها قابلًا للحياة إلا ما مسّ صبغيات صغيرة فقيرة بالمورثات (21، 18، 13). أما الأحاديات الجسمية (monosomies autosomiques) فغير قابلة للحياة إطلاقًا.
2.2 الأصل: عدم الانفصال
مصدر اختلال الصيغة هو عدم انفصال (non-disjonction) خلال الانقسام الاختزالي، وقد يقع في أحد الانقسامين:
خطاطة علمية تعليمية برسم مسطح (flat vector) دقيق، تقارن عدم الانفصال في الانقسام الاختزالي الأول وفي الثاني. الخطاطة مقسمة إلى عمودين متجاورين تحت عنوانين «عدم انفصال في الطور الانفصالي الأول» و«عدم انفصال في الطور الانفصالي الثاني»، ويُتتبَّع في كل عمود زوج صبغي واحد فقط: الصبغي ذو الأصل الأبوي بالأزرق والأمومي بالأحمر، كل واحد بكروماتيدتين. العمود الأول: في الطور الانفصالي الأول يهاجر الصبغيان الأزرق والأحمر معًا نحو قطب واحد، ثم بعد الانقسام الثاني تنتج أربعة أمشاج: مشيجان يحملان صبغيًا أزرق وصبغيًا أحمر (n+1) ومشيجان فارغان من هذا الزوج (n−1). العمود الثاني: الطور الانفصالي الأول عادي، لكن في الطور الانفصالي الثاني تفشل كروماتيدتا الصبغي الأحمر في الانفصال، فتنتج أربعة أمشاج: مشيج بنسختين حمراوين متطابقتين (n+1)، مشيج (n−1)، ومشيجان عاديان. تُكتب تحت كل مشيج صيغته وتُوسم الأمشاج الشاذة بإطار مميز. بطاقة أسفل كل عمود: «المشيج الشاذ يحمل صبغيين مختلفين» و«المشيج الشاذ يحمل نسختين متطابقتين». خلفية بيضاء، تسميات بخط عربي واضح، رسم متناظر ودقيق علميًا
2.3 العلاقة بسن الأم
يرتفع تواتر التثلثات بوضوح مع تقدم سن الأم، ويُفسَّر ذلك بما دُرس في الدرس 28: تظل الخلية البيضية من الرتبة الأولى محجوزة في الطور التمهيدي الأول من الحياة الجنينية إلى غاية استئنافها؛ وخلال هذه المدة الطويلة يتناقص تماسك الكوهيزين الرابط للكروماتيدات، فيرتفع احتمال سوء الانفصال عند الاستئناف.
تعدد الإلقاح (polyspermie): دخول حيوانين منويين إثر فشل حاجزي منع تعدد الإلقاح؛
فشل طرح الكرية القطبية الثانية: فتحتفظ البيضة المخصبة بمجموعة صبغية أمومية إضافية.
3. الشذوذات البنيوية
تنشأ عن كسور صبغية يتلوها لحام خاطئ:
الشذوذ
التعريف
الأثر
الحذف (délétion)
فقدان قطعة من الصبغي
فقدان المورثات المحمولة عليها؛ الأثر يتناسب مع حجم القطعة
الازدواج (duplication)
تكرار قطعة
اختلال في جرعة المورثات
الانقلاب (inversion)
انفصال قطعة وإعادة لحامها بالاتجاه المعاكس
لا فقدان للمادة الوراثية عادة، لكن اضطراب في التزاوج الصبغي خلال الانقسام الاختزالي
الانتقال (translocation)
انتقال قطعة إلى صبغي غير متماثل
متبادل إذا تبادل صبغيان قطعتين؛ وروبرتسوني إذا التحم صبغيان طرفيا السنترومير عند سنتروميريهما
صورة 3 — قيد الإعدادوصف الوثيقة
خطاطة علمية تعليمية برسم مسطح (flat vector) نظيف، تعرض الشذوذات البنيوية الأربعة في أربعة صفوف أفقية. في كل صف يُرسم على اليمين صبغي عادي مقسَّم إلى أجزاء ملونة بألوان متمايزة وموسومة بحروف (A، B، C، D، E) من الأعلى إلى الأسفل، وعلى اليسار الصبغي بعد الشذوذ، مع سهم بينهما. الصف 1 «الحذف»: يختفي الجزء C. الصف 2 «الازدواج»: يتكرر الجزء C مرتين. الصف 3 «الانقلاب»: تظهر الأجزاء B، C، D بترتيب معكوس D، C، B مع أسهم صغيرة تدل على انقلاب الاتجاه. الصف 4 «الانتقال المتبادل»: يُرسم صبغيان مختلفان بلونين مختلفين يتبادلان قطعة طرفية، مع إظهار الصبغيين الناتجين. تسمية بأسهم لكل من: السنترومير، موضع الكسر، القطعة المنتقلة. خلفية بيضاء، تسميات بخط عربي واضح، رسم منتظم ودقيق
4. منهجية تحليل خريطة صبغية
عدّ العدد الإجمالي للصبغيات: 46 عادي، وأي انحراف يوجّه نحو شذوذ عددي؛
فحص الزوج الجنسي: تحديد الجنس والتحقق من عدد الصبغيات الجنسية؛
فحص الأزواج الجسمية واحدًا واحدًا: البحث عن زوج بثلاث نسخ أو نسخة واحدة؛
فحص البنية: مقارنة طول ونمط أشرطة كل صبغي بمماثله (كشف حذف، ازدواج، انقلاب، انتقال)؛
كتابة الصيغة بالاصطلاح الدولي؛
الاستنتاج مع التمييز بين ما تثبته الخريطة وما لا تثبته: الخريطة تكشف الشذوذات الصبغية، ولا تكشف الطفرات النقطية ولا الأمراض ذات المورثة الواحدة (موضوع الدرس 34).
صورة 4 — قيد الإعدادوصف الوثيقة
صورة تعليمية علمية بأسلوب كتاب مدرسي جامعي، رسم مسطح (flat vector) دقيق، تعرض خريطة صبغية بشرية مرتبة لحالة تثلث الصبغي 21 عند أنثى. تُرسم الصبغيات في أزواج مرتبة أفقيًا في صفوف متتالية ومرقّمة من 1 إلى 22، مع أشرطة عرضية داكنة وفاتحة على كل صبغي وسنترومير ظاهر، وتناقص منتظم في الحجم حسب الترقيم. الزوج 21 يظهر بثلاث نسخ بدل نسختين، محاطًا بإطار أحمر بارز مع سهم وبطاقة مكتوب فيها «ثلاث نسخ من الصبغي 21». في نهاية الترتيب يظهر الزوج الجنسي بصبغيين X متماثلين موسومًا «XX». أسفل الخريطة شريط مكتوب فيه الصيغة الصبغية بالاصطلاح الدولي: «47,XX,+21». خلفية بيضاء، تسميات بخط عربي واضح، رسم دقيق ومتناسب
5. تطبيق محلول
المعطيات: أُنجزت خريطة صبغية لطفل يعاني اضطرابات في النمو. أظهر التحليل 47 صبغيًا، مع ثلاث نسخ من الصبغي 21 وزوج جنسي XY. ودراسة معلِّمات وراثية متعددة الأشكال على الصبغي 21 بيّنت أن النسختين الزائدتين ذواتا أصل أمومي وأنهما مختلفتان فيما بينهما. وكان سن الأم عند الولادة 41 سنة.
المطلوب: (أ) كتابة الصيغة الصبغية؛ (ب) تحديد نوع الشذوذ؛ (ج) تحديد الوالد الذي وقع عنده الخطأ ومرحلة وقوعه مع التعليل؛ (د) تفسير العلاقة بسن الأم؛ (هـ) بيان ما لا تسمح هذه الخريطة باستنتاجه.
الحل
(أ) الصيغة: 47,XY,+21.
(ب) شذوذ عددي من نوع اختلال الصيغة (aneuploïdie)، وتحديدًا تثلث حرّ للصبغي 21 (وليس انتقالًا روبرتسونيًا، لأن العدد الإجمالي 47 لا 46).
(ج) النسختان الزائدتان أموميتا الأصل ← الخطأ وقع في التكوين البيضي عند الأم. وكونهما مختلفتين يعني أنهما الصبغيان المتماثلان للأم وليس كروماتيدتين شقيقتين:
← عدم الانفصال وقع في الطور الانفصالي الأول من الانقسام الاختزالي.
ولو كانتا متطابقتين لكان الخطأ في الطور الانفصالي الثاني.
(د) سن الأم 41 سنة: ظلت الخلية البيضية من الرتبة الأولى محجوزة في الطور التمهيدي الأول أربعين سنة تقريبًا. وخلال هذه المدة يتدهور الكوهيزين الرابط للكروماتيدات وتضعف التصالبات المثبِّتة للثنائي، فيرتفع احتمال هجرة المتماثلين نحو القطب نفسه عند استئناف الانقسام. وهذا يفسر ارتفاع تواتر التثلثات مع تقدم سن الأم، وتوافقه مع كون الخطأ هنا في الانقسام الأول تحديدًا.
(هـ) لا تسمح هذه الخريطة باستنتاج:
وجود أو غياب طفرات نقطية أو أمراض ذات مورثة واحدة، لأنها غير مرئية على مستوى الصبغي؛
خطر التكرار عند حمل لاحق بدقة، إذ يقتضي ذلك خريطة صبغية للأبوين (للتأكد من غياب انتقال متوازن)؛
شدة الأعراض، فالخريطة تحدد الشذوذ لا درجة التعبير عنه.
6. أخطاء شائعة وفخاخ الامتحان
الخطأ الشائع
التصويب
الاعتقاد أن الكولشيسين يقتل الخلايا أو يوقف الانقسام كيفما كان
يمنع تشكّل المغزل فيحجز الخلايا في الطور الاستوائي حيث تكون الصبغيات مكثفة
إنجاز الخريطة انطلاقًا من خلايا غير منقسمة
يلزم استنبات خلايا قادرة على الانقسام والوصول بها إلى الطور الاستوائي
الاكتفاء بعدّ الصبغيات للحكم بغياب الشذوذ
التثلث بالانتقال الروبرتسوني يعطي 46 صبغيًا مع ثلاث نسخ من المادة الوراثية
الخلط بين اختلال الصيغة وتعدد الصيغة
الأول يمسّ صبغيًا واحدًا، والثاني مجموعة صبغية كاملة
نسبة كل تثلث إلى خطأ في الانقسام الاختزالي الأول
قد يقع في الثاني؛ التمييز بحسب تطابق أو اختلاف النسختين الزائدتين
محاولة تحديد مرحلة الخطأ من الخريطة الصبغية وحدها
يلزم تحليل معلِّمات وراثية متعددة الأشكال
توقّع ظهور مرض كالهيموفيليا في الخريطة الصبغية
الطفرات النقطية والأمراض ذات المورثة الواحدة غير مرئية صبغيًا
اعتبار الأحاديات الجسمية قابلة للحياة
غير قابلة للحياة إطلاقًا؛ والقابل للحياة محصور في تثلثات صبغيات صغيرة وفي شذوذات الصبغيات الجنسية
الاكتفاء بوصف مبيان تواتر الشذوذات بدلالة السن
المطلوب إقامة العلاقة السببية عبر مدة الحجز وتدهور الكوهيزين
نسبة ثلاثية الصيغة إلى خطأ في الانقسام الاختزالي حصرًا
قد تنتج عن تعدد إلقاح أو عن فشل طرح الكرية القطبية الثانية
اعتبار الانقلاب فاقدًا للمادة الوراثية
لا فقدان عادة؛ الاضطراب يمسّ التزاوج الصبغي خلال الانقسام الاختزالي
إهمال فحص الخريطة الصبغية للأبوين في حالة الانتقال
حامل متوازن (45 صبغيًا) سليم المظهر قد ينقل الشذوذ بخطر متكرر
7. خلاصة
الخريطة الصبغية ترتيب مصنَّف لصبغيات خلية في الطور الاستوائي، يُنجَز باستنبات ثم حجز بالكولشيسين ثم صدمة حلولية وفرش وتلوين بالأشرطة.
تُرتَّب الصبغيات حسب الحجم وموقع السنترومير ونمط الأشرطة: 22 زوجًا جسميًا وزوج جنسي، وتُكتب الصيغة بالاصطلاح الدولي (47,XX,+21).
تُصنَّف الشذوذات العددية إلى اختلال صيغة (صبغي زائد أو ناقص) وتعدد صيغة (مجموعة كاملة زائدة).
مصدر اختلال الصيغة هو عدم انفصال في الطور الانفصالي الأول (صبغيان متماثلان مختلفان) أو الثاني (كروماتيدتان متطابقتان).
ارتفاع تواتر التثلثات مع سن الأم يُفسَّر بطول حجز الخلية البيضية في الطور التمهيدي الأول وتدهور الكوهيزين.
ثلاثية الصيغة الصبغية قد تنتج عن تعدد إلقاح أو عن فشل طرح الكرية القطبية الثانية.
الشذوذات البنيوية أربعة: حذف، ازدواج، انقلاب، انتقال؛ والانتقال الروبرتسوني قد يعطي تثلثًا بعدد صبغي عادي (46).
الخريطة الصبغية تكشف الشذوذات الصبغية وحدها؛ أما الطفرات النقطية والأمراض ذات المورثة الواحدة فتُدرَس بشجرات النسب والتحليل الجزيئي.
الدرس الموالي
الدرس 36: دراسة التغير الوراثي وقانون هاردي-فاينبرغ. بعد دراسة انتقال المعلومة الوراثية داخل الأسرة الواحدة، ينتقل التحليل إلى مستوى الساكنة: كيف تُحسب تواترات الحليلات والأنماط الوراثية، وما شروط استقرارها عبر الأجيال، وما الآليات التي تُخلّ بهذا الاستقرار.
Les anomalies chromosomiques chez l'Homme et l'analyse des caryotypes
Objectifs de la leçon
À la fin de cette leçon, vous devez être capable de :
définir le caryotype et décrire les étapes de sa réalisation, en justifiant chaque étape technique ;
énoncer les critères de classement des chromosomes et lire une formule chromosomique écrite selon la nomenclature internationale ;
distinguer anomalies numériques et anomalies structurales et classer chacune d'elles ;
rattacher les anomalies numériques aux erreurs de ségrégation méiotique et distinguer une erreur de première division d'une erreur de seconde division ;
expliquer la relation entre la fréquence des trisomies et l'âge maternel à partir des caractéristiques de l'ovogenèse ;
analyser un caryotype donné : compter, identifier l'anomalie, écrire la formule, conclure ;
expliquer l'origine d'une triploïdie par deux mécanismes distincts.
1. Le caryotype : définition et technique de réalisation
1.1 Les étapes et leur justification
Étape
Opération
Justification
1. Prélèvement
Lymphocytes sanguins, cellules du liquide amniotique (amniocentèse) ou villosités choriales
Il faut disposer de cellules capables de se diviser
2. Mise en culture
Culture en milieu nutritif avec un agent mitogène
Augmenter le nombre de cellules en division
3. Blocage en métaphase
Ajout de colchicine
Elle empêche la formation des fibres du fuseau ; les cellules s'accumulent en métaphase, chromosomes condensés
4. Choc hypotonique
Placement des cellules en milieu hypotonique
La cellule gonfle et les chromosomes s'écartent les uns des autres
5. Fixation, étalement et coloration
Étalement sur lame et coloration (bandes G)
Révéler les bandes propres à chaque chromosome, qui permettent de l'identifier avec précision
6. Photographie et classement
Prise de vue microscopique puis classement informatique
Obtention du caryotype final
Image 1 — en préparationDescription
Schéma scientifique pédagogique de style manuel universitaire, illustration vectorielle plate aux couleurs sobres, présentant les étapes de réalisation d'un caryotype en six vignettes successives disposées de gauche à droite et reliées par des flèches. Vignette 1 : un tube de prélèvement sanguin et une seringue d'amniocentèse, avec la mention « prélèvement ». Vignette 2 : un flacon de culture contenant milieu nutritif et cellules, avec la mention « mise en culture ». Vignette 3 : une pipette ajoutant un liquide au flacon et une cellule dessinée avec des chromosomes condensés sans fuseau, avec la mention « ajout de colchicine : blocage en métaphase ». Vignette 4 : une cellule gonflée dont les chromosomes sont écartés, avec la mention « choc hypotonique ». Vignette 5 : une lame de verre portant des chromosomes étalés et colorés de bandes transversales sombres et claires, avec la mention « étalement et coloration en bandes ». Vignette 6 : un caryotype classé en paires numérotées, avec la mention « photographie et classement ». Fond blanc épuré, annotations en français, dessin précis et lisible
1.2 Critères de classement et formule chromosomique
Les chromosomes sont rangés par paires selon trois critères : la taille décroissante, la position du centromère et le profil de bandes.
Chez l'Homme : 22 paires d'autosomes + 1 paire de gonosomes.
Position du centromère
Type de chromosome
Médiane
Métacentrique
Légèrement décalée
Submétacentrique
Proche de l'extrémité
Acrocentrique
Nomenclature internationale de la formule chromosomique : effectif total, puis chromosomes sexuels, puis l'anomalie éventuelle.
Formule
Signification
46,XX
Femme au caryotype normal
46,XY
Homme au caryotype normal
47,XX,+21
Femme porteuse d'une trisomie 21
45,X
Femme à un seul chromosome sexuel (monosomie X)
47,XXY
Homme avec un chromosome X surnuméraire
2. Les anomalies numériques
2.1 Classification
Type
Définition
Exemples chez l'Homme
Aneuploïdie
Présence ou absence d'un chromosome (ou de quelques-uns) par rapport à l'effectif normal
Trisomies 21, 18, 13 ; 45,X ; 47,XXY ; 47,XYY
Polyploïdie
Multiplication d'un lot chromosomique entier
Triploïdie 69,XXX (non viable chez l'Homme)
Remarque essentielle : les anomalies touchant les autosomes sont bien plus graves que celles touchant les gonosomes ; seules restent viables celles portant sur de petits chromosomes pauvres en gènes (21, 18, 13). Les monosomies autosomiques ne sont jamais viables.
2.2 L'origine : la non-disjonction
L'aneuploïdie provient d'une non-disjonction au cours de la méiose, qui peut survenir dans l'une ou l'autre division :
Siège de l'erreur
Ce qui ne se sépare pas
Gamètes produits
Anaphase I
Deux chromosomes homologues
2 gamètes (n+1) portant les deux homologues différents + 2 gamètes (n−1)
Schéma scientifique pédagogique en illustration vectorielle plate et précise, comparant la non-disjonction en première et en seconde division de méiose. Le schéma est divisé en deux colonnes juxtaposées, intitulées « Non-disjonction en anaphase I » et « Non-disjonction en anaphase II » ; une seule paire chromosomique est suivie dans chaque colonne : chromosome d'origine paternelle en bleu et d'origine maternelle en rouge, chacun à deux chromatides. Première colonne : en anaphase I, les chromosomes bleu et rouge migrent ensemble vers le même pôle, puis après la seconde division apparaissent quatre gamètes : deux portant un chromosome bleu et un chromosome rouge (n+1) et deux dépourvus de cette paire (n−1). Seconde colonne : l'anaphase I est normale, mais en anaphase II les deux chromatides du chromosome rouge ne se séparent pas, d'où quatre gamètes : un portant deux copies rouges identiques (n+1), un (n−1) et deux normaux. Sous chaque gamète est inscrite sa formule, les gamètes anormaux étant entourés d'un cadre distinctif. Sous chaque colonne, une étiquette : « le gamète anormal porte deux chromosomes différents » et « le gamète anormal porte deux copies identiques ». Fond blanc, annotations en français, composition symétrique et scientifiquement exacte
2.3 La relation avec l'âge maternel
La fréquence des trisomies augmente nettement avec l'âge maternel, ce qui s'explique par ce qui a été étudié à la leçon 28 : l'ovocyte I reste bloqué en prophase I depuis la vie fœtale jusqu'à la reprise de sa division. Pendant ce long intervalle, la cohésion assurée par les cohésines se dégrade, et la probabilité d'une mauvaise ségrégation lors de la reprise augmente.
2.4 L'origine d'une triploïdie
La triploïdie (69 chromosomes) a deux origines possibles, toutes deux liées à la fécondation (leçon 29) :
la polyspermie : entrée de deux spermatozoïdes à la suite de l'échec des deux barrières ;
l'échec de l'expulsion du second globule polaire : le zygote conserve alors un lot chromosomique maternel supplémentaire.
3. Les anomalies structurales
Elles résultent de cassures chromosomiques suivies de recollements erronés :
Anomalie
Définition
Conséquence
Délétion
Perte d'un segment de chromosome
Perte des gènes qu'il portait ; gravité proportionnelle à la taille du segment
Duplication
Répétition d'un segment
Déséquilibre du dosage génique
Inversion
Détachement d'un segment et recollement en sens inverse
Généralement sans perte de matériel, mais perturbation de l'appariement lors de la méiose
Translocation
Transfert d'un segment sur un chromosome non homologue
Réciproque si deux chromosomes échangent des segments ; robertsonienne si deux chromosomes acrocentriques fusionnent au niveau de leurs centromères
Image 3 — en préparationDescription
Schéma scientifique pédagogique en illustration vectorielle plate et épurée, présentant les quatre anomalies structurales sur quatre rangées horizontales. Dans chaque rangée est dessiné à gauche un chromosome normal divisé en segments de couleurs distinctes étiquetés par des lettres (A, B, C, D, E) de haut en bas, et à droite le chromosome après l'anomalie, une flèche les reliant. Rangée 1 « délétion » : le segment C a disparu. Rangée 2 « duplication » : le segment C apparaît deux fois. Rangée 3 « inversion » : les segments B, C, D apparaissent dans l'ordre inversé D, C, B, avec de petites flèches indiquant le retournement. Rangée 4 « translocation réciproque » : deux chromosomes différents, de deux couleurs, échangent un segment terminal, les deux chromosomes remaniés étant représentés. Annotation par flèches de : centromère, point de cassure, segment transloqué. Fond blanc, annotations en français, dessin régulier et précis
4. Méthode d'analyse d'un caryotype
Compter l'effectif total : 46 est normal ; tout écart oriente vers une anomalie numérique ;
examiner la paire sexuelle : déterminer le sexe et vérifier le nombre de gonosomes ;
examiner les paires d'autosomes une à une : rechercher une paire à trois exemplaires ou à un seul ;
examiner la structure : comparer la longueur et le profil de bandes de chaque chromosome à ceux de son homologue (délétion, duplication, inversion, translocation) ;
écrire la formule selon la nomenclature internationale ;
conclure en distinguant ce que le caryotype établit de ce qu'il n'établit pas : il révèle les anomalies chromosomiques, mais ni les mutations ponctuelles ni les maladies monogéniques (objet de la leçon 34).
Image 4 — en préparationDescription
Illustration scientifique pédagogique de style manuel universitaire, dessin vectoriel plat et précis, présentant un caryotype humain classé correspondant à une trisomie 21 chez une femme. Les chromosomes sont dessinés par paires alignées horizontalement sur des rangées successives et numérotées de 1 à 22, chacun portant des bandes transversales sombres et claires et un centromère visible, la taille décroissant régulièrement avec la numérotation. La paire 21 apparaît en trois exemplaires au lieu de deux, entourée d'un cadre rouge saillant, accompagnée d'une flèche et d'une étiquette portant « trois exemplaires du chromosome 21 ». En fin de classement figure la paire sexuelle formée de deux chromosomes X identiques, annotée « XX ». Sous le caryotype, un bandeau porte la formule chromosomique en nomenclature internationale : « 47,XX,+21 ». Fond blanc, annotations en français, dessin précis et proportionné
5. Application résolue
Données : un caryotype a été réalisé chez un enfant présentant des troubles du développement. L'analyse révèle 47 chromosomes, avec trois exemplaires du chromosome 21 et une paire sexuelle XY. L'étude de marqueurs génétiques polymorphes du chromosome 21 montre que les deux exemplaires surnuméraires sont d'origine maternelle et qu'ils sont différents l'un de l'autre. La mère avait 41 ans à la naissance.
Questions : (a) écrire la formule chromosomique ; (b) identifier le type d'anomalie ; (c) déterminer chez quel parent et à quelle étape l'erreur s'est produite, en justifiant ; (d) expliquer la relation avec l'âge maternel ; (e) préciser ce que ce caryotype ne permet pas de conclure.
Résolution
(a) Formule : 47,XY,+21.
(b) Anomalie numérique de type aneuploïdie, précisément une trisomie 21 libre (et non une translocation robertsonienne, puisque l'effectif total est de 47 et non de 46).
(c) Les deux exemplaires surnuméraires étant d'origine maternelle, l'erreur s'est produite lors de l'ovogenèse, chez la mère. Le fait qu'ils soient différents signifie qu'il s'agit des deux chromosomes homologues de la mère, et non de deux chromatides sœurs :
→ la non-disjonction est survenue en anaphase I de méiose.
S'ils avaient été identiques, l'erreur aurait siégé en anaphase II.
(d) La mère avait 41 ans : l'ovocyte I était resté bloqué en prophase I pendant une quarantaine d'années. Durant ce laps de temps, les cohésines unissant les chromatides se dégradent et les chiasmas qui maintiennent le bivalent s'affaiblissent, ce qui accroît la probabilité que les deux homologues migrent vers le même pôle à la reprise de la division. Cela explique l'augmentation de la fréquence des trisomies avec l'âge maternel et concorde avec le fait que l'erreur siège ici précisément en première division.
(e) Ce caryotype ne permet pas de conclure quant à :
la présence ou l'absence de mutations ponctuelles ou de maladies monogéniques, invisibles à l'échelle chromosomique ;
le risque exact de récurrence lors d'une grossesse ultérieure, qui exigerait le caryotype des parents (pour exclure une translocation équilibrée) ;
la sévérité des symptômes, le caryotype identifiant l'anomalie et non son degré d'expression.
6. Erreurs fréquentes et pièges d'examen
Erreur fréquente
Correction
Croire que la colchicine tue les cellules ou arrête la division de façon quelconque
Elle empêche la formation du fuseau et bloque les cellules en métaphase, chromosomes condensés
Réaliser un caryotype à partir de cellules ne se divisant pas
Il faut cultiver des cellules capables de se diviser et les amener en métaphase
Se contenter de compter les chromosomes pour écarter une anomalie
Une trisomie par translocation robertsonienne donne 46 chromosomes avec trois exemplaires du matériel
Confondre aneuploïdie et polyploïdie
La première touche un chromosome, la seconde un lot chromosomique entier
Attribuer toute trisomie à une erreur de première division
Elle peut siéger en seconde division ; la distinction repose sur l'identité ou la différence des deux exemplaires surnuméraires
Prétendre déterminer l'étape de l'erreur à partir du seul caryotype
Cela exige l'analyse de marqueurs génétiques polymorphes
Attendre qu'une maladie comme l'hémophilie apparaisse sur un caryotype
Les mutations ponctuelles et les maladies monogéniques ne sont pas visibles au niveau chromosomique
Croire les monosomies autosomiques viables
Elles ne le sont jamais ; la viabilité se limite aux trisomies de petits chromosomes et aux anomalies gonosomiques
Se limiter à décrire un graphique de fréquence des anomalies selon l'âge
Il faut établir la relation causale via la durée du blocage et la dégradation des cohésines
Attribuer la triploïdie à une erreur méiotique exclusivement
Elle peut résulter d'une polyspermie ou de l'échec de l'expulsion du second globule polaire
Considérer l'inversion comme une perte de matériel génétique
Il n'y a généralement pas de perte ; la perturbation concerne l'appariement lors de la méiose
Négliger le caryotype des parents en cas de translocation
Un porteur équilibré (45 chromosomes) au phénotype normal peut transmettre l'anomalie avec un risque de récurrence élevé
7. Bilan
Le caryotype est le classement ordonné des chromosomes d'une cellule en métaphase ; il s'obtient par culture, blocage à la colchicine, choc hypotonique, étalement et coloration en bandes.
Les chromosomes sont classés selon la taille, la position du centromère et le profil de bandes : 22 paires d'autosomes et une paire de gonosomes, la formule s'écrivant selon la nomenclature internationale (47,XX,+21).
Les anomalies numériques se répartissent en aneuploïdies (un chromosome en plus ou en moins) et polyploïdies (un lot entier surnuméraire).
L'aneuploïdie provient d'une non-disjonction en anaphase I (deux homologues différents) ou en anaphase II (deux copies identiques).
L'augmentation de la fréquence des trisomies avec l'âge maternel s'explique par la longueur du blocage de l'ovocyte en prophase I et la dégradation des cohésines.
Une triploïdie peut résulter d'une polyspermie ou de l'échec de l'expulsion du second globule polaire.
Les anomalies structurales sont au nombre de quatre : délétion, duplication, inversion et translocation ; la translocation robertsonienne peut donner une trisomie avec un effectif chromosomique normal (46).
Le caryotype ne révèle que les anomalies chromosomiques ; les mutations ponctuelles et les maladies monogéniques relèvent des arbres généalogiques et de l'analyse moléculaire.
Leçon suivante
Leçon 36 : L'étude de la variabilité génétique et la loi de Hardy-Weinberg. Après la transmission de l'information génétique au sein d'une même famille, l'analyse change d'échelle et passe à la population : comment calculer les fréquences alléliques et génotypiques, à quelles conditions elles restent stables au fil des générations, et quels mécanismes rompent cette stabilité.