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13.4: Caryotypage
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Karyotyping
 
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TRANSCRIPTION

13.4: Karyotyping

13.4: Caryotypage

Overview

Describing the number and physical features of chromosomes can reveal abnormalities that underlie genetic diseases. This description is facilitated by special staining techniques that produce a particular banding pattern on each chromosome. State-of-the-art techniques make this approach even more powerful, enabling the detection of individual genes that cause disease.

A Simple Chromosome Staining Technique Provides Valuable Scientific Insight

Some genetic diseases can be detected by looking at the structure and number of chromosomes that form when DNA is compacted during mitosis. Once chromosomes are formed, cytogeneticists halt mitosis and perform the staining. The staining produces a distinct banding pattern that reveals different characteristics such as number, shape, and type of chromosomes. Such a description of an individual’s chromosomes is called a karyotype.

To facilitate karyotyping, an image is taken of the stained chromosomes, and individual chromosomes are identified and cut out from the image. The chromosomes are then arranged in pairs and ordered by size. This layout is called a karyogram. In a human karyogram, the 22 autosomes are labeled 1 through 22, from the largest to the smallest pair. The two sex chromosomes are labeled X or Y. A karyogram makes it easy to spot missing or additional pieces of a chromosome, or a whole extra copy, all of which can underlie genetic diseases.

Karyograms Can Reveal Genetic Disorders

Marthe Gautier, Jérôme Lejeune, and Raymond Turpin discovered in 1959 that patients with Down syndrome had a third copy of chromosome 21. Down syndrome is therefore also called trisomy 21. People with Down syndrome typically have mild to severe intellectual disability and physical symptoms including delayed growth, but individuals vary widely in the degree to which they are affected. Down syndrome is caused when the copies of chromosome 21 fail to separate into distinct sperm or egg cells during meiosis. The result is a germ cell with 24 chromosomes instead of the usual 23. When such a germ cell fuses with a cell of the other parent during fertilization, the resulting zygote has 47 chromosomes. In a small percentage of Down syndrome cases only an extra piece of chromosome 21 is present, usually fused to a different chromosome.

Highly Sensitive Staining Methods Help Pinpoint the Genetic Basis of Disease

Cytogeneticists nowadays extract much more information from a karyogram than merely the chromosome number and structure due to advances in molecular biology, chemistry, and instrumentation. The lichen-derived dye that was used in the first cytogenetic studies was replaced by more stable dyes such as Giemsa. Giemsa stains some parts of the DNA strand stronger than others, depending on base composition and chromatin structure. The resulting pattern of staining intensity is called G-banding. This pattern is reproducible and identical for individuals of a species, so abnormalities are easy to spot. There are several methods available to produce banding patterns, which facilitates diagnosis of different chromosomal abnormalities.

Aperçu

La description du nombre et des caractéristiques physiques des chromosomes peut révéler des anomalies qui sous-tendent les maladies génétiques. Cette description est facilitée par des techniques spéciales de coloration qui produisent un modèle particulier de baguage sur chaque chromosome. Les techniques de pointe rendent cette approche encore plus puissante, permettant la détection de gènes individuels à l’origine des maladies.

Une technique simple de coloration des chromosomes fournit un aperçu scientifique précieux

Certaines maladies génétiques peuvent être détectées en examinant la structure et le nombre de chromosomes qui se forment lorsque l’ADN est compacté pendant la mitose. Une fois que les chromosomes sont formés, les cytogénétiques arrêtent la mitose et effectuent la coloration. La coloration produit un modèle de baguage distinct qui révèle différentes caractéristiques telles que le nombre, la forme et le type de chromosomes. Une telle description des chromosomes d’un individu est appelée un caryotype.

Pour faciliter le caryotypage, une image est prise des chromosomes tachés, et les chromosomes individuels sont identifiés et découpés à partir de l’image. Les chromosomes sont ensuite disposés par paires et classés par taille. Cette disposition est appelée karyogramme. Dans un karyogramme humain, les 22 autosomes sont étiquetés 1 à 22, de la plus grande à la plus petite paire. Les deux chromosomes sexuels sont étiquetés X ou Y. Un karyogramme permet de repérer facilement des morceaux manquants ou supplémentaires d’un chromosome, ou une copie supplémentaire entière, qui peuvent tous sous-être des maladies génétiques.

Les karyogrammes peuvent révéler des troubles génétiques

Marthe Gautier, Jérôme Lejeune et Raymond Turpin ont découvert en 1959 que les patients atteints du syndrome de Down avaient une troisième copie du chromosome 21. Le syndrome de Down est donc aussi appelé trisomie 21. Les personnes atteintes du syndrome de Down ont généralement une déficience intellectuelle légère à grave et des symptômes physiques, y compris une croissance retardée, mais les individus varient considérablement dans la mesure où ils sont touchés. Le syndrome de Down est causé lorsque les copies du chromosome 21 ne parviennent pas à se séparer en spermatozoïdes ou en ovules distincts pendant la méiose. Le résultat est une cellule germinale avec 24 chromosomes au lieu des 23 habituels. Lorsqu’une telle cellule germinale fusionne avec une cellule de l’autre parent pendant la fécondation, le zygote résultant a 47 chromosomes. Dans un petit pourcentage de cas de syndrome de Down seulement un morceau supplémentaire du chromosome 21 est présent, habituellement fusionné à un chromosome différent.

Des méthodes de coloration très sensibles aident à déterminer la base génétique de la maladie

Les cytogénétiques extraient aujourd’hui beaucoup plus d’informations à partir d’un karyogramme que le simple nombre et la structure du chromosome grâce aux progrès de la biologie moléculaire, de la chimie et de l’instrumentation. Le colorant dérivé du lichen qui a été utilisé dans les premières études cytogénétiques a été remplacé par des colorants plus stables tels que Giemsa. Giemsa tache certaines parties du brin d’ADN plus fortes que d’autres, selon la composition de la base et la structure de la chromatine. Le modèle résultant de l’intensité de coloration est appelé G-banding. Ce modèle est reproductible et identique pour les individus d’une espèce, de sorte que les anomalies sont faciles à repérer. Il existe plusieurs méthodes disponibles pour produire des modèles de baguage, ce qui facilite le diagnostic de différentes anomalies chromosomiques.


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