« Pathologie moléculaire/chromosomes » : différence entre les versions

La division cellulaire impose un partage égal d’un matériel génétique intégré. Ce partage est assuré par le cycle cellulaire qui double le matériel génétique lors de sa phase S (synthèse) et le repartitrépartit également dans les deux cellules filles lors de sa phase M (mitose). Ce partage est rendu possible par une forme particulière et temporaire du matériel génétique, les chromosomes, spécifique de la mitose. Ils sont une forme de transport de l’ADN, sous une forme extrêmement condensée et organisée de la chromatine.

Ces chromosomes peuvent être observéesobservés au microscope optique après une coloration spéciale.

Les anomalies chromosomiques sont des anomalies du génome qui donnent lieu à des anomalies structurales visibles des chromosomes humains. Ces anomalies de nombre ou de structure sont rarement transmises car elles sont la plupart du temps incompatibleincompatibles avec le développement et la survie de l’embryon.

Pendant 97% de la vie cellulaire, l’ADN est décondensé en une structurelstructure linéaire. Le long de l’ADN sont attachés des protéines comme des perles sur un fil. Lorsque la cellule se prépare à se diviser lors de la mitose ou la méiose l’ADN est condensé par un repliement et un enroulement en paquets appelés chromosomes.

En dehors des cellules germinales, chaque cellule humaine contient 46 chromosomes répartis en 23 paires (génome diploïde : 22 paires d’autosomes et 1 paire de gonosomes ou chromosomes sexuels).

On distingue les anomalies numériques des anomalies structurales. Les anomalies numériques sont des anomalies de nombre des chromosomes: monosomies, trisomies, tétrasomies, pentasomies. Les anomalies structurales, ou remaniements chromosomiques, peuvent intéresser des chromosomes isolés ou plusieurs chromosomes entre eux. Elles sont d’ordre divers : délétions, duplications, inversions, translocations.

Les anomalies chromosomiques peuvent survenir au cours de la méiose et intéresser les cellules germinales et le zygote. Elles seront alors présentes dans toutes les cellules de l’organisme et sont dites constitutionnelles. Dans certains cas, elles peuvent être transmises à la descendance. Elles peuvent aussi survenir au cours d’une mitose du développement embryonnaire ou fœtal. Elle est alors réduite à un groupe de cellules issues des cellules-filles de cette mitose. L’anomalie est dite alors somatique et forme alors une mosaïque (mosaïcisme). Un autre type d’anomalie somatique sontest les anomalies chromosomiques survenant au cours du processus tumoral et de la cancérogenèse. Ce sont les anomalies chromosomiques tumorales.

En 1957, les progrès réalisés en culture cellulaire in vitro permirent aà l’équipe du Pr Jérôme Lejeune de décrire la première anomalie chromosomique associeassociée aà une maladie humaine : la présence de trois chromosome 21 (trisomie 21) dans le mongolisme (ou syndrome de Down). Depuis des centaines de phénotypes ont été associesassociés aà des anomalies chromosomiques.

Les anomalies chromosomiques constitutionnelles constituent la première cause d’avortements spontanés et les embryons qui ont atteint la deuxième semaine de développement ont 78% de taux d'anomalies chomosomqiueschomosomiques. Ce taux est de 62% pour le les avortements avant 20 semaines, 6% pour les enfants morts-nés et 0.5% pour les enfants nés vivants. Ces anomalies sont également la principale cause d’insuffisance de développement observé chez 31% des embryons avant l’implantation.

Le phénotype obtenu est dû aux anomalies quantitatives d’expression des gènes situessitués sur le chromosome ou la région chromosomique anormale. Les phénotypes générés sont dus aux anomalies de régulation de l’expression génique causées par la présence d’un groupe de gènes présents à plus de deux copies (trisomies, duplications), ou à moins de deux copies (monosomies, délétions).

AÀ l’inverse des gains de matériel génomique, les pertes de matériel (monosomies, délétions, partie perdue de l’isochromosome) entraînent une perte d’un des deux allèles des gènes situés dans la région perdue. Cette perte entraîne une baisse de moitié de l’expression de ces gènes et appelée « haploinsuffisance ». Elle suffit, pour la plupart des gènes, aà entraîner l’apparition d’un phénotype anormal.

AÀ l’inverse, les monosomies et les délétions entraînent une haploinsuffisance des gènes situés sur ce chromosome ou dans la région délétée.

Le syndrome WAGR (tumeur de Wilms (néphroblastome), aniridie, anomalies Génitourinairesgénitourinaires, Retatrdretard mental), par exemple, est dû à une délétion de la région 11p13 – del(11)(p13). La prédisposition aux néphroblastomes et les anomalies génitourinaires sontest dusdue à l’haploinsuffisance du gène WT1 et l’aniridie à l’haploinsuffisance du gène PAX6.

La délétion del(22)(q11.2) est à l’origine du syndrome de DiGeorge. Il associe des malformations cardiaques avec des anomalies de plusieurs poches endobranchiales, avec en particulier une aplasie des glandes parathyroïdes et du thymus avec déficit immunitaire T. Ses conséquences moléculaires sont encore peu connues, mais l’haploinsuffisance du gène TBX1 de la famille TBXs y joue un rôle important. Les gènes TBXs sont une famille de plus de 24 facteurs de transcription à motif T (T-box) de fixation à l’ADN, jouant un rôle clé au cours du développement. (Voir « Facteurs de transcription à boite T » dans le chapîtrechapitre « Pathologie des facteurs de transcription »).

====Remaniements chromosomiques et régions soumissoumises à empreinte parentale====

Certaines régions chromosomiques sont soumises à empreinte parentale, c’est-à-dire que qu'un allèle parental seulement s’exprime. Par exemple, dans la région 11p15.5, les allèleallèles maternels des gènes du chromosome 11 d’origine maternelmaternelle sont le siège d’une inhibition de leur expression par une méthylation régionale de l’ADN. Si cette région chromosomique d’origine maternelle est perdue lors d’un événement chromosomique, l’expression du gène sera perdue car l’allèle maternel exprimé est perdu et l’expression de l’allèle paternel est inhibéinhibée par sa méthylation. (Figure)

Ainsi, une disomie uniparentale de la région 11p15.5 entraîne une perte totale de l’expression de gènes suppresseurs de tumeurs d’expression maternelle, comme H19 ou CDKN1C, codant pour la protéine p57(KIP2), et une surexpression par duplication des gènes promoteurs de croissance d’expression paternelpaternelle, comme IGF2. (Figure) Cet événement est à l’origine du syndrome de Wiedemann-Beckwith lorsqu’il est constitutionnel. Lorsqu’il est somatique, il est participe à la tumorigenèse de plusieurs types tumoraux comme le néphroblastome, le rhabdomyosarcome embryonnaire, l’hépatoblastome ou le corticosurrénalome. En fonction de l’allèle touché, les phénotypes obtenus seront très différents. Pour 11p15.5, la délétion de l’allèle maternel provoque un syndrome de Wiedemann-Beckwith avec gigantisme (MIM.130650), la perte d’expression de l’allèle paternel un syndrome de Silver-Russel avec petite taille (MIM.180860).

La survenue d’anomalie chromosomique au cours du développement est à l’origine d’un mosaïcisme. Dans ce cas, seule une partie des cellules de l’organisme porteront cette anomalie. Ce mécanisme permet d’observer des anomalies (monosomies, trisomies) qui seraient rapidement léthaleslétales chez l’embryon si elles étaient zygotiques, protées par l’ensemble des cellules.

DesDès le début du siècle, Theodor Boveri faisait l’hypothèse que les tumeurs humaines étaient dusdues à des anomalies des chromosomes. Aujourd’hui, il est acquis que les anomalies chromosomiques sont une des caractéristiques des cellules tumorales. Plus de 54000 caryotypes tumoraux ont été décrits et sont stockés dans la base de données du National Cancer Institute (NCI) développée par Félix Mitelman.

Les anomalies observesobservées sont de plusieurs types. Comme pour les anomalies constitutionnelles, on distingue les anomalies de la ploïdie, les anomalies numériques (monosomies, trisomies, tetrasomiestétrasomies) et les anomalies structurales. Ces dernières sont des anomalies régionales (délétions, duplications), des réarrangements (translocations) ou des anomalies complexes (isochromosomes).

Les principaux remaniements chromosomiques sont les translocations réciproques, les inversions et les insertions. Ils constituent des anomalies précoces dans le processus oncogénétiquesoncogénétique.

La plupart des anomalies chromosomiques structurales sont spécifiques d’un type tumoral donné. Ils peuvent alors aider au diagnostic d’une tumeur. Environ 700 types tumoraux ont été décrits chez l’homme. Des anomalies spécifiques ont été décritsdécrites pour une centaine d’entre eux. Pour les autres, les anomalies sont non spécifiques ou non encore décrites.

Inversement, les anomalies numériques sont assez peu spécifiques et peuvent s’observer au cours de la progression tumorale de multiples types tumoraux. Cependant, elles gardent une certaine spécificité lorsqu’elles sont observésobservées isolément.

Pendant longtemps, les remaniements structuraux semblaient spécifiques de proliférations d’origine mésodermique : leucémies, lymphomes et sarcomes. Depuis de nombreux remaniements structuraux, en particulier des translocations, ont été décrits dans des tumeurs épithéliales d’origine ecto- ou endodermiques en particulier les carcinomes de la thyroïde, les carcinomes salivaires, les adénocarcinomes prostatiques et certaines tumeurs mammaires ou pancréatiques. (Tableau)

Certains gènes (comme MLL, ETV6 et NUP98) peuvent s’associer avec de multiples gènes partenaires pour créer des multiples gènes de fusions différents, pouvant avoir des effets moléculaires différents et créer des types tumoralestumoraux différents.

Ainsi le gène ALK est à l’origine d’un lymphome anaplasique à grande cellules lorsqu’il s’associe avec le gène NPM1 par une translocation HYPERLINK "[http://www.humpath.com/spip.php?article9529" t(2;5)(p23;q35)], d’une tumeur myofibroblastique inflammatoire avec le gène RANBP2 et uneun carcinome pulmonaire à petites cellules avec le gène EML4.

Ces remaniements peuvent impliquer les gènes codantcodants pour deux types principaux de protéines : des récepteurs à tyrosine kinase ou des facteurs de transcription.

La réalisation d’un caryotype tumoral ou d’une étude par FISH a donc également des enjeux thérapeutiques car il peut permettre de désigner une cible thérapeutique comme ABL1. Ainsi, 5% des leucémieleucémies lymphoblastiquelymphoblastiques aigueaigües pré-T de l'adulte expriment une protéine de fusion ABL1-NUP214 sensible à l’imatinib. Il est à noter que cette anomalie est portée par un épisome extra-chromosomiqueschromosomique invisiblesinvisible en cytogénétique conventionnelle.

Des protéines de fusion tyrosine kinases peuvent également s’observer dans des tumeurs épithéliales. Ainsi, une protéine de fusion ALK-EML4 par inversion cryptique inv(2)(p22-p21p23) est observéobservée dans 6.7% des carcinomes pulmonaire non à petites cellules dans la population japonaise.

Ces translocations équilibrées réciproques constituent des évènements oncogénétiques initiaux et peuvent être très précoces. Ainsi des translocations de leucémie lymphoblastique aigueaigüe de l’enfant ont été détectédétectées dans le sang de cordon in utero; d’autres ont été à l’origine de leucémies aiguesaigües chez des jumeaux dizygotiquesdizygotes.

En particulier, dans de nombreux lymphomes, l’expression d’un gène cible est dérégulédérégulée par sa mise à proximité d’un promoteur d’un gène d’immunoglobuline (IGH, IGL ou IGK) ou de TCR (TCRA, TCRB, TCRG, TCRD) (Tableau). C’est le cas archétypal du lymphome de Burkitt dans lequel on observe une translocation t(8;14) qui place l’oncogène c-myc (MYC) sous le contrôle du gène de la chaîne lourde d’immunoglobulines (IGH).

D’autres translocations peuvent être à l’origine d’un échange de promoteur (promotor swapping) entre deux gènes et entraîner la surexpression d’un gène promoteur de croissance (Tableau). C’est le cas du gène UPS6 dans les kystes osseux anévrysmaux dans lesquels divers remaniements de la région 17p13 qui le contient sont à l’origine d’un échange de promoteurs avec différents gènes comme ZNF9, HYPERLINK "[http://www.humpath.com/spip.php?article3404" COL1A1], TRAP150 ou OMD. La surexpression de PLAG1 dans plusieurs modèles tumoraux est également due à un échange de promoteurs : dans les lipoblastomes (remaniements de la région 8q11-q13), par translocation t(3;8)(p21;q12) dans les adénomes pléomorphes des glandes salivaires (avec le gène CTNNB1 de la beta-caténine).

NeEn plus de l’inactivation possible d’un ou plusieurs gènes suppresseurs de tumeurs (voir plus loin), les délétions peuvent également créer un gène de fusion par la mise en continuité de deux gènes situés sur le même chromosome mais séparés physiquement.

C’est le cas des gènes TMPRSS2 et ERG, tous les deux situés dans la région 21q22.3. Une délétion del(21)(q22.3q22.3) crée une fusion entre la région 5’UTR de TMPRSS2 avec le gène ERG de la famille ETSs. Cette anomalie est retrouvée dans 50% environ des adénocarcinomes de prostate, dont il semble conditionner l’aggressivitél’agressivité.

Un autre mécanisme chromosomique peut entraîner une très forte surexpression génique, il s’agit des amplifications géniques par lesquelles plusieurs centaines de copies d’un gène promoteur de croissance (oncogène) peutpeuvent s’exprimer dans les cellules tumorales.

La troisième grande catégorie d’anomalies chromosomiques tumorales sontest les pertes de matériel génomique. Elles entraînent l’inactivation de plusieurs dizaines de gènes appelées « gènes suppresseurs de tumeurs » et de plusieurs centaines de gènes dont la perte ou l’inactivation permet au clone de proliférer ou aux sous-clones porteurs de l’anomalie d’acquérir un avantage sélectif. Ces pertes peuvent être des monosomies ou des délétions chromosomiques régionales en cytogénétique conventionnelle ou moléculaire. Voir tableau « Les principales pertes génomiques et leurs gènes-cibles »

L’inactivation constitutionnelle du premier allèlesallèle de ces gènes (en général, par mutation génique) entraînententraîne une prédisposition tumorale héréditaire. L’inactivation somatique du second allèle se déroule au cours du développement ou au début de la tumorigenèse.

Lorsque les cellules somatiques se répliquent, une petite partie du télomère ne se duplique pas et les télomères se réduisent progressivement à chaque cycle cellulaire. Ce raccourcissement entraînententraîne à terme un arrêt du cycle cellulaire.

La taille des télomères est normalement régulée par un complexe enzymatique appelée télomerasetélomérase qui ajoute des nucléotides sur l’extrémité télomérique. La télomérase est un complexe ARN-protéines spécialisé qui utilise son propre ARN comme matrice pour ajouter des nucléotides sur l’extrémité télomérique. L’activité de la télomérase est réprimée par des protéines régulatrices qui limite l’élongation télomérique. L’activité télomérase est exprimée dans les cellules germinales. Elle est faible dans les cellules souches et habituellement absentesabsente dans la plupart des tissus somatiques.

Au cours de la sénescence tissulaire, les télomères deviennent plus petitpetits ce qui entraîne une sortie de la cellule du cycle cellulaire et une incapacité à générer de nouvelles cellules pour remplacer les anciennes lésées.

Cependant, les relations entre activité télomérique, taille télomérique, sénescence et cancer ont encore besoin d’être établiétablis.