S´egr´egation m´eiotique et anomalie chromosomique de

Le syndrome de Klinefelter (47,XXY) est l’aneuplo¨ıde du chromosome sexuel la plus fr´equente chez l’homme se produisant chez 0,1-0,2% des nouveau-n´es mˆales (Ferlin et al. 2005). Le pourcentage d’hommes pr´esentant un syndrome de Klinefelter dans la population infertile est tr`es ´elev´e, 5% parmi les hommes ayant une oligozoospermie s´ev`ere et 10% chez les hommes pr´esentant une azoospermie (De Braekeleer et Dao. 1991, Yoshida et al. 1996, Foresta et al. 2002). En fait, plus de 90% des hommes 47,XXY homog`ene sont azoospermiques, tandis que les patients atteints du syndrome

de Klinefelter en mosa¨ıque (47,XXY/46,XY) produisent un nombre de spermatozo¨ıdes variable (Ferlin et al. 2005).

Il est sugg´er´e que seules les cellules de la lign´ee germinale 46,XY peuvent passer la m´eiose et produire des spermatozo¨ıdes. En revanche, l’´evaluation des ´equipements chromosomiques dans les gam`etes mˆales par la technique de FISH chez les patients atteints du syndrome de Klinefelter homog`ene ou en mosa¨ıque montre que le taux des gam`etes 24,XY et 24,XX est plus ´elev´e qu’attendu si seulement les cellules germinales 46,XY sont suppos´ees compl´eter la m´eiose. Cette observation permet de sugg´erer que quelques cellules germinales 47,XXY peuvent entrer et terminer la m´eiose (Morel et al. 2000, Ferlin et al. 2005). Th´eoriquement, la division cellulaire lors de la spermatogen`ese chez l’homme pr´esentant 47,XXY est comme le sch´ema suivant :

Figure 8 – S´egr´egation m´eiotique th´eorique de trois gonosomes chez un patient 47,XXY. La distribution al´eatoire du chromosome X suppl´ementaire lors de la 1`ere

division donne la formation des spermatozo¨ıdes aneuplo¨ıdes.

Quant aux hommes porteurs d’un caryotype 47,XYY homog`ene ou en mosa¨ıque, ils sont souvent fertiles avec une perturbation au niveau des param`etres spermatiques plus ou moins s´ev`ere. Les cellules germinales XYY sont capables d’´echapper au contrˆole du stade pachyt`ene et de subir la m´eiose. Ainsi, des spermatozo¨ıdes aneuplo¨ıdes pour les chromosomes sexuels sont form´es. Pour la plupart des ´etudes men´ees sur les patients 47,XYY, le taux d’aneuplo¨ıdie autosomique est plus ´elev´e en comparaison avec les t´emoins fertiles (Rives et al. 2005, Milazzo et al. 2006, Wong et al.

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2008). Cela pourrait ˆetre expliqu´e par la perturbation de l’environnement testiculaire caus´ee par la pr´esence de la lign´ee cellulaire XYY. Par cons´equence, la plupart des spermatozo¨ıdes chromosomiquement anormaux est ´elimin´ee par l’apoptose, entraˆınant des perturbations des param`etres spermatiques chez ces patients. La s´egr´egation m´eiotique chez les patients porteurs d’un caryotype 47,XYY est th´eoriquement comme le sch´ema suivant :

Figure 9 – S´egr´egation m´eiotique th´eorique de trois gonosomes chez un patient 47,XYY. La distribution al´eatoire du chromosome Y suppl´ementaire lors de la 1`ere

division donne la formation des spermatozo¨ıdes aneuplo¨ıdes.

2.2. S´egr´egation m´eiotique et anomalie chromosomique de structure

Dans la population d’hommes infertiles, la probabilit´e de trouver une anomalie chromosomique de structure est de 2 `a 20 fois plus ´elev´ee que dans la population g´en´erale (De Braekeleer et Dao. 1991). Le porteur d’une anomalie chromosomique de structure poss`ede souvent au moins une anomalie au bilan de sperme (Vincent et al. 2002, Vozdova et al. 2013, Yatsenko et al. 2010). Une augmentation du taux de gam`etes chromosomiquement d´es´equilibr´es se trouve dans l’´ejaculat d’hommes porteurs d’une anomalie de structure `a cause d’une perturbation de la spermatogen`ese lors de la m´eiose. Cette perturbation peut affecter des chromosomes non d´eriv´es et par cons´equent, augmenter le taux de gam`etes aneuplo¨ıdes (appel´e l’effet interchromosomique) (Douet-Guilbert et al. 2005). En fait, la plupart des

anomalies chromosomiques d´etect´ees grˆace `a un diagnostic pr´enatal chez les fœtus con¸cus par ICSI sont d’origine paternelle (Vegetti et al. 2000). L’´evaluation de l’´equipement chromosomique dans les gam`etes chez les hommes porteurs d’une anomalie chromosomique de structure permet d’envisager ou non une FIV/ICSI ult´erieurement.

2.2.1 Translocation robertsonienne

Au stade pachyt`ene de la m´eiose I, le chromosome normal et le chromosome d´eriv´e forment th´eoriquement un trivalent en configuration cis ou trans. En r´ealit´e, le trivalent en configuration trans n’est pas observ´e lors du stade pachyt`ene (Vidal et al. 1982, Templado et al. 1984). La configuration en cis permet de s´eparer les chromosomes homologues en mode alterne (normal ou ´equilibr´e) et en mode d´es´equilibr´e (Figure 10).

Figure 10 – Formation d’un trivalent au stade pachyt`ene de la m´eiose I et diff´erents modes de s´egr´egation m´eiotique chez un patient porteur d’une translocation

robertsonienne.

Seul le mode de s´egr´egation m´eiotique alterne peut former des spermatozo¨ıdes chromosomiquement normaux ou ´equilibr´es. Le mode de s´egr´egation m´eiotique adjacent et 3:0 forme des spermatozo¨ıdes chromosomiquement d´es´equilibr´es. Ainsi, la f´econdation d’un ovocyte normal par ce type de gam`etes r´esultera dans la formation

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d’un embryon chromosomiquement d´es´equilibr´e. Les gam`etes issus du mode de s´egr´egation m´eiotique alterne sont pr´edominants puisqu’ils repr´esentent de 70 `a 91,2% des gam`etes d’un ´ejaculat (Ogur et al. 2006, Perrin et al. 2010, Cassuto et al. 2011). En fait, la pr´evalence tr`es ´elev´ee du mode alterne peut ˆetre expliqu´ee par la configuration adopt´ee lors de la m´eiose I qui est toujours en cis favorisant la production des gam`etes chromosomiquement normaux ou ´equilibr´es (Luciani et al. 1984). Mˆeme si le risque d’anomalie du fœtus lors d’un diagnostic pr´enatal est relativement faible (1-2%), le risque d’avoir un fœtus pr´esentant une trisomie d’origine paternelle lors d’une ICSI est possible (Martin. 2008).

2.2.2 Translocation r´eciproque ´equilibr´ee

Au stade pachyt`ene de la m´eiose I, la formation d’un quadrivalent est n´ecessaire, ce qui donne 5 modes de s´egr´egation m´eiotique diff´erents (Figure 11).

Quadrivalent Alterne Adjacent 1 der (A) A der (B) B Adjacent 2 3:1 4:0

Figure 11 – Formation d’un quadrivalent au stade pachyt`ene de la m´eiose I et diff´erents modes de s´egr´egation m´eiotique chez un patient porteur d’une translocation

Le mode de s´egr´egation alterne est le seul permettant la formation des gam`etes chromosomiquement normaux ou ´equilibr´es. Les modes de s´egr´egation m´eiotique adjacent 1, adjacent 2, 3:1 et 4:0 forment des gam`etes d´es´equilibr´es. La fr´equence des gam`etes d´es´equilibr´es chez les patients porteurs d’une translocation r´eciproque ´equilibr´ee varie de 19% `a plus de 80% (Morel et al. 2004b, Anton et al. 2007, Perrin et al. 2010, Cassuto et al. 2011). Ces variations s’expliquent par le fait que le pourcentage de gam`etes chromosomiquement d´es´equilibr´es d´epend du type de chromosomes impliqu´es (la taille des segments transloqu´es, la position du centrom`ere) et de la localisation des points de cassure (Morel et al. 2004b).

2.2.3 Inversion

Les ´etudes sur l’analyse de l’´equipement chromosomique dans les gam`etes d’hommes porteurs d’une inversion paracentrique sont limit´ees. En fait, les ´etudes de la s´egr´egation m´eiotique chez les hommes porteurs d’une inversion paracentrique montrent que le taux des spermatozo¨ıdes chromosomiquement d´es´equilibr´es varie de 0% `a 12,6% (Vialard et al. 2007, Bhatt et al. 2009). La production de gam`etes recombinants est corr´el´ee avec la taille du segment invers´e (Bhatt et al. 2009). La possibilit´e de transmettre des recombinants d´es´equilibr´es au fœtus est g´en´eralement faible. Par contre, les naissances des nouveau-n´es porteurs d’un recombinant issu d’une inversion paracentrique chez un des parents ont ´et´e rapport´ees (Worsham et al. 1989, Whiteford et al. 2000, Lefort et al. 2003). Par cons´equence, l’inversion paracentrique n’est pas inoffensive et il faut savoir qu’elle peut produire des gam`etes d´es´equilibr´es lors de la m´eiose.

Quant `a l’inversion p´ericentrique, une boucle d’inversion se fera au cours du stade pachyt`ene de la m´eiose I. Cette boucle d’inversion permet d’associer le chromosome invers´e avec son homologue. Avec un nombre pair de crossing-over dans la boucle d’inversion il y a formation de gam`etes porteurs de la chromatide normale (50%) et de gam`etes porteurs de la chromatide invers´ee (50%). Les embryons form´es sont, respectivement, chromosomiquement normaux ou ´equilibr´es. Si un nombre impair de crossing-over a lieu au sein de la boucle d’inversion, il y a alors, d’une part, la formation d’une chromatide avec une duplication d’une partie du bras court et une d´el´etion d’une partie du bras long et d’autre part, la formation d’une chromatide avec une d´el´etion d’une partie du bras court associ´ee `a une duplication d’une partie du bras long (Figure 12).

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Figure 12 – Formation d’une boucle d’inversion au stade pachyt`ene de la m´eiose I et ´equipement chromosomique des gam`etes apr`es s´egr´egation m´eiotique chez un patient

porteur d’une inversion p´ericentrique (th`ese d’Aurore Perrin).

les chromosomes 2 et 8 (Morel et al. 2007). Le pourcentage de gam`etes recombinants chez un patient porteur d’une inversion p´ericentrique est h´et´erog`ene entre 0 et 43,9% (Anton et al. 2005, Morel et al. 2007, Pan et al. 2012). Cette variation s’explique par le chromosome impliqu´e, la r´egion invers´ee, les points de cassure mais surtout par le ratio de la taille du segment invers´e par rapport `a la taille totale du chromosome. En effet, si la taille du segment invers´e est inf´erieure `a 30% de la taille du chromosome impliqu´e, il n’y aura pas de production de gam`etes recombinants. Entre 30% et 50%, quelques gam`etes recombinants peuvent ˆetre produits. Le risque de production des gam`etes recombinants devient important quand le segment invers´e est sup´erieur `a 50% de la taille du chromosome impliqu´e (Morel et al. 2007).

2.2.4 R´earrangements chromosomiques complexes

Chez l’homme, la pr´esence d’un r´earrangement chromosomique complexe peut facilement alt´erer le synapsis chromosomique au cours de la prophase I de m´eiose et faciliter l’association avec le bivalent X-Y provoquant l’arrˆet de la spermatogen`ese. Pourtant, chez quelques hommes porteurs d’un CCR, la spermatogen`ese peut ˆetre finalis´ee en produisant une fr´equence ´elev´ee de spermatozo¨ıdes chromosomiquement anormaux dus `a la s´egr´egation aberrante des chromosomes r´earrang´es lors de la m´eiose. Chez les patients porteurs d’un CCR de type “three-way”, une configuration d’hexavalent sera form´ee lors de la m´eiose I entraˆınant diff´erents modes de s´egr´egation m´eiotique : 3:3, 4:2, 5:1, 6:0 formant des gam`etes d´es´equilibr´es (Pellestor et al. 2011) (Figure 13).

Figure 13 – Configuration en hexavalent lors du stade pachyt`ene de la m´eiose I pour un CCR three-way.

La formation d’hexavalent permet d’avoir 20 combinaisons chromosomiques, seul le mode alterne peut former les gam`etes chromosomiquement normaux ou ´equilibr´es, les 18 autres combinaisons sont chromosomiquement d´es´equilibr´ees. Si la disjonction est asym´etrique, 44 gam`etes d´es´equilibr´es peuvent ˆetre produits. Il est `a noter que les gam`etes issus du mode de s´egr´egation alterne sont relativement rares et que les modes de s´egr´egation m´eiotique 3:3 et 4:2 sont les plus fr´equents (Godo et al. 2013).

Le type CCR “double two-way exchange” doit former deux quadrivalents ind´ependants. La s´egr´egation m´eiotique donne ensuite diff´erentes combinaisons qui

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forment des gam`etes chromosomiquement ´equilibr´es et d´es´equilibr´es (Soler et al. 2005). La s´egr´egation m´eiotique d’un CCR exceptionnel provoque plus de gam`etes anormaux. Dans l’´etude d’une femme porteuse d’un CCR avec 5 points de cassure incluant une translocation et une inversion, il a ´et´e d´emontr´e plus de 70 gam`etes d´es´equilibr´es diff´erents, correspondant `a la configuration octavalent (Kausch et al. 1988). Chez l’homme, la spermatogen`ese est plus sensible que l’ovogen`ese et peut ˆetre arrˆet´ee `a cause du point de contrˆole du stade pachyt`ene. L’homme porteur d’un CCR exceptionnel est souvent azoospermique (Coco et al. 2004, Bartels et al. 2007). En effet, la complexit´e du CCR pourrait augmenter la gravit´e de la d´eficience spermatog´en´etique plutˆot que le nombre de chromosomes impliqu´es ou la localisation de points de cassure (Kim et al. 2011).

L’analyse par FISH de 667 gam`etes chez un homme porteur d’un CCR ´equilibr´e t(5 ;13 ;14) a montr´e que 69,4% des gam`etes ´etaient chromosomiquement d´es´equilibr´es, 27% des gam`etes ´etaient chromosomiquement normaux ou ´equilibr´es et 3,15% des gam`etes pr´esentaient des signaux inattendus correspondants aux non-disjonctions lors de la deuxi`eme division m´eiotique (Liehr et al. 2002, Pellestor et al. 2011). En combinant la FISH avec le PRINS (Primed in situ labelling), Loup et al ont analys´e l’´equipement chromosomique de 1822 spermatozo¨ıdes chez un patient porteur d’un CCR t(1 ;19 ;13). Ils ont trouv´e que 75,9% des gam`etes ´etaient chromosomiquement d´es´equilibr´es, 14,8% ´etaient chromosomiquement normaux ou ´equilibr´es et 9,3% pr´esentaient des combinaisons des signaux inattendus (Loup et al. 2010).

Toutes les ´etudes ont montr´e une production des gam`etes chromosomiquement d´es´equilibr´es tr`es ´elev´ee chez un patient porteur d’un CCR. Le diagnostic pr´eimplantatoire est donc recommand´e chez les couples dont le/la conjoint(e) pr´esente un CCR lors d’une ICSI/FIV (Pellestor et al. 2011).

2.2.5 Marqueur chromosomique surnum´eraire

La spermatogen`ese chez un homme porteur d’un marqueur chromosomique surnum´eraire peut ˆetre perturb´ee `a cause de l’exc`es de mat´eriel h´et´erochromatique ou euchromatique. Th´eoriquement, la m´eiose dans les spermatogonies 47,XY,+mar formera un nombre identique de spermatozo¨ıdes normaux et de spermatozo¨ıdes avec le marqueur (Figure 14).

Certains auteurs ont montr´e que la fr´equence de spermatozo¨ıdes ayant un marqueur chromosomique surnum´eraire n’est pas diff´erente de 50% chez les hommes porteurs d’un

Figure 14 – S´egr´egation m´eiotique th´eorique chez un homme porteur d’un marqueur chromosomique surnum´eraire (MCS) : 50% de spermatozo¨ıdes chromosomiquement

normaux (A) et 50% de spermatozo¨ıdes pr´esentant le MCS (B).

marqueur chromosomique surnum´eraire (Martin et al. 1986, Mennick et al. 1997). Par contre, dans d’autres ´etudes, le pourcentage de spermatozo¨ıdes ayant le marqueur varie de 6% `a 37% (Cotter et al. 2000, Oracova et al. 2009, Guediche et al. 2012).