Ce support pédagogique est destiné aux étudiants de la première année Master de la spécialité Physiologie Cellulaire et Physio-Pathologie (PCPP). Il peut servir également comme appui pour tout biologiste désireux d’apprendre les concepts de la cytogénétique. Dans ce document, les notions de base et les principes de cette vaste discipline sont illustrés. Appréhender la cytogénétique nécessite des connaissances de bases acquises en deux disciplines fondamentales : la biologie moléculaire et la physiologie cellulaire ; enseignements prodigués de manière exhaustive en Licence de la spécialité Biologie Moléculaire et Cellulaire (BMC).
Même si Mendel a mis en évidence, en 1865, l’hérédité des caractères transmis, il aura fallu attendre 1956 pour que Tjio et Levan parviennent à connaître le nombre exact des chromosomes humains. Parallèlement aux découvertes touchant la cytogénétique, les recherches concernant l’ADN ont avancé rapidement, et en 1953, Crick et Watson décrivent la structure en double hélice de l’ADN. Après cela, les progrès de la génétique seront fulgurants pendant toute la seconde moitié du XXème siècle, avec le passage d’une médecine clinique descriptive au diagnostic cytogénétique et génétique des pathologies. Le caryotype classique est depuis 1959, date du diagnostic de la trisomie 21, l’analyse de référence en cytogénétique. Cette technique a été la première réalisant une étude pangénomique, permettant une analyse globale de l’ensemble du génome. En colorant les chromosomes de façon homogène et en les classant selon leur taille et la position des centromères, il a été possible de décrire les anomalies cytogénétiques de nombre des chromosomes et les remaniements de grande taille. En 1970, la cytogénétique va connaître un nouvel essor grâce aux techniques de marquage chromosomique, qui permettront d’analyser la structure des chromosomes sous la forme de séquences de bandes par une dénaturation par la trypsine (bandes G) ou par la chaleur (bandes R). Ceci a permis la mise en évidence d’un éventail de pathologies chromosomiques de structures. Les définitions de base ainsi que les principes de la cytogénétique classique et en bande seront développés dans le premier chapitre.
Les chromosomes, objets d’étude de la cytogénétique, sont composés de chromatine et ne représente qu’un état éphémère durant lequel la substance nucléaire adopte cette configuration. Le niveau d’organisation du noyau ne se limite pas à l’agencement non aléatoire de la chromatine. Le noyau contient en effet de nombreux sous-compartiments réalisant des fonctions nucléaires précises, dont certains correspondent à des micro-environnements actifs en termes de transcription, et d’autres à des micro-environnements plus répressifs. Pour comprendre cette dynamique, nous avons consacré le deuxième chapitre à la description de l’organisation structurelle et fonctionnelle de la chromatine. En complément à ce chapitre, nous avons décrit après, dans le chapitre 3, les structures chromosomiques spécialisées (centromères et télomères) indispensables au fonctionnement du chromosome comme support de l’information héréditaire.
Le génome eucaryote est compacté en une structure appelée chromatine, formant de larges structures qui occupent des domaines distincts dans le noyau. Cette organisation est intimement liée à son fonctionnement puisque celle-ci varie au cours du cycle cellulaire, à différents stades du développement, et dans différents états métaboliques. En outre, des défauts dans les éléments architecturaux du noyau sont la cause de certaines maladies humaines. Cependant, la relation causale entre organisation spatiale et fonctionnement du génome reste encore à élucider. Si l’accent a été placé sur les liens entre transcription et organisation nucléaire, la réplication se déroule également dans ce contexte de noyau organisé. Façonne-t-elle également le noyau ? Certains aspects de l’organisation nucléaire sont-ils reliés au déroulement de la réplication ? Nous répondrons à ces questions dans le chapitre suivant intitulé : compartimentation fonctionnelle du génome.
Les chapitres suivants seront axés sur un aspect plus pratique de la cytogénétique. Tout d’abord, nous allons exposer dans le chapitre V les techniques utilisées pour la réalisation de cultures cellulaires ; étape indispensable à la visualisation des chromosomes sous formes d’entités appréciables et individualisées. Nous exposerons ensuite dans les chapitres VI et VII, avec une approche argumentée, les principales anomalies chromosomiques de nombres et de structures incriminées en pathologie humaine.
La dernière partie de ce cours sera consacrée à l’éclaircissement des difficultés liées à la terminologie employée en cytogénétique. Nous allons présenter, pour clôturer ce polycopié de cours, les règles de la nomenclature internationale pour la cytogénétique humaine (ISCN) actuellement en vigueur ; outil indispensable à tous cytogénéticien.
Même si Mendel a mis en évidence, en 1865, l’hérédité des caractères transmis, il aura fallu attendre 1956 pour que Tjio et Levan parviennent à connaître le nombre exact des chromosomes humains. Parallèlement aux découvertes touchant la cytogénétique, les recherches concernant l’ADN ont avancé rapidement, et en 1953, Crick et Watson décrivent la structure en double hélice de l’ADN. Après cela, les progrès de la génétique seront fulgurants pendant toute la seconde moitié du XXème siècle, avec le passage d’une médecine clinique descriptive au diagnostic cytogénétique et génétique des pathologies. Le caryotype classique est depuis 1959, date du diagnostic de la trisomie 21, l’analyse de référence en cytogénétique. Cette technique a été la première réalisant une étude pangénomique, permettant une analyse globale de l’ensemble du génome. En colorant les chromosomes de façon homogène et en les classant selon leur taille et la position des centromères, il a été possible de décrire les anomalies cytogénétiques de nombre des chromosomes et les remaniements de grande taille. En 1970, la cytogénétique va connaître un nouvel essor grâce aux techniques de marquage chromosomique, qui permettront d’analyser la structure des chromosomes sous la forme de séquences de bandes par une dénaturation par la trypsine (bandes G) ou par la chaleur (bandes R). Ceci a permis la mise en évidence d’un éventail de pathologies chromosomiques de structures. Les définitions de base ainsi que les principes de la cytogénétique classique et en bande seront développés dans le premier chapitre.
Les chromosomes, objets d’étude de la cytogénétique, sont composés de chromatine et ne représente qu’un état éphémère durant lequel la substance nucléaire adopte cette configuration. Le niveau d’organisation du noyau ne se limite pas à l’agencement non aléatoire de la chromatine. Le noyau contient en effet de nombreux sous-compartiments réalisant des fonctions nucléaires précises, dont certains correspondent à des micro-environnements actifs en termes de transcription, et d’autres à des micro-environnements plus répressifs. Pour comprendre cette dynamique, nous avons consacré le deuxième chapitre à la description de l’organisation structurelle et fonctionnelle de la chromatine. En complément à ce chapitre, nous avons décrit après, dans le chapitre 3, les structures chromosomiques spécialisées (centromères et télomères) indispensables au fonctionnement du chromosome comme support de l’information héréditaire.
Le génome eucaryote est compacté en une structure appelée chromatine, formant de larges structures qui occupent des domaines distincts dans le noyau. Cette organisation est intimement liée à son fonctionnement puisque celle-ci varie au cours du cycle cellulaire, à différents stades du développement, et dans différents états métaboliques. En outre, des défauts dans les éléments architecturaux du noyau sont la cause de certaines maladies humaines. Cependant, la relation causale entre organisation spatiale et fonctionnement du génome reste encore à élucider. Si l’accent a été placé sur les liens entre transcription et organisation nucléaire, la réplication se déroule également dans ce contexte de noyau organisé. Façonne-t-elle également le noyau ? Certains aspects de l’organisation nucléaire sont-ils reliés au déroulement de la réplication ? Nous répondrons à ces questions dans le chapitre suivant intitulé : compartimentation fonctionnelle du génome.
Les chapitres suivants seront axés sur un aspect plus pratique de la cytogénétique. Tout d’abord, nous allons exposer dans le chapitre V les techniques utilisées pour la réalisation de cultures cellulaires ; étape indispensable à la visualisation des chromosomes sous formes d’entités appréciables et individualisées. Nous exposerons ensuite dans les chapitres VI et VII, avec une approche argumentée, les principales anomalies chromosomiques de nombres et de structures incriminées en pathologie humaine.
La dernière partie de ce cours sera consacrée à l’éclaircissement des difficultés liées à la terminologie employée en cytogénétique. Nous allons présenter, pour clôturer ce polycopié de cours, les règles de la nomenclature internationale pour la cytogénétique humaine (ISCN) actuellement en vigueur ; outil indispensable à tous cytogénéticien.
- Enseignant: Mohamed Larbi REZGOUN