Bande chromosomique

Définition

Une bande chromosomique est la région d'un chromosome distinguée des autres par des colorations spécifiques. Les bandes permettent l'identification des délétions chromosomiques, des duplications, des translocations et des inversions. Avec les bandes cytogénétiques, d'autres anomalies chromosomiques moins courantes sont également détectées.

Les bandes chromosomiques font référence à l'alternance de régions claires et sombres sur la longueur d'un chromosome, produites après coloration avec un colorant. Une bande est définie comme la partie d'un chromosome qui se distingue clairement de ses segments adjacents en apparaissant plus foncée ou plus claire à l'aide d'une ou plusieurs techniques de bandes.

Des bandes chromosomiques :

Idéogramme montrant les motifs de bandes chromosomiques (bandes G des chromosomes humains) en métaphase. Environ 400 bandes sont observées par ensemble haploïde. Les centromères sont indiqués par les régions grises foncées séparant les bras courts (p) des bras longs (q).

Explications

Chez certaines espèces, les paires de chromosomes ne peuvent pas être clairement différenciées en considérant uniquement leurs composants distinctifs dans le sens longitudinal; Dans ces cas, des techniques cytologiques spéciales doivent être utilisées pour colorer les chromosomes, qui présentent des "bandes" transversales (foncées et claires) le long de celles-ci, et qui correspondent aux différents types de chromatine. Dans une espèce donnée, ces variants de chromatine ont une taille et une disposition constantes.

L'hétérochromatine peut apparaître plus colorée que l'euchromatine (hétéropychnose positive) ou moins dense que l'euchromatine (hétéropychnose négative). L'application de certains traitements expérimentaux en combinaison avec différents types de coloration des chromosomes, peut produire l'apparition de zones hétérochromatiques sur les chromosomes de nombreuses espèces. Ces zones hétérochromatiques ont une distribution caractéristique ou un motif de bande typique de chaque chromosome, ce qui permet d'identifier différents chromosomes. Ces techniques sont appelées techniques de bandes chromosomiques et sont extrêmement utiles pour identifier les chromosomes individuels et construire des caryotypes.

Types de bandes

Les techniques de bandes chromosomiques les plus utilisées sont :

• Bande C : relativement simple, et repose sur l'utilisation du colorant Giemsa qui colore les régions avec de l'hétérochromatine constitutive, qui chez les plantes est principalement située dans les régions télomériques, tandis que chez les animaux, on la trouve dans les régions centromériques.
• Bandes G, R, Q : techniques basées sur des traitements enzymatiques qui révèlent différents modèles de bandes d'éhromatine le long du chromosome. Le matériau est coloré avec un colorant Giemsa (G, R) ou des colorants fluorescents, tels que la quinacrine (Q). Ce sont les bandes les plus étudiées chez l'animal et chez l'homme. Dans les légumes, ils sont très difficiles à obtenir en raison du degré élevé de compactage des chromosomes en métaphase.
• Bande NOR : permet d'identifier la chromatine avec des séquences d'ADNr modérément répétées, associées aux régions NOR du chromosome. Le nombre total et l'emplacement des régions NOR est variable, par conséquent, comme déjà indiqué, en plus de son importance fonctionnelle, il a une valeur de caryotype.

✅ Des normes d'identification des chromosomes par bandes G ont été établies uniquement pour les 22 plus grands autosomes canins par le Comité pour le caryotype standardisé du chien. On s'attend à ce que le reste des chromosomes soit identifié dans un avenir très proche en utilisant l'une des nombreuses approches.

Marquage des bandes chromosomiques

Dans le dernier quart du 20^ème siècle, les techniques de bandes chromosomiques ont commencé à être appliquées aux espèces d'arbres forestiers. Ces techniques ont permis une meilleure distinction entre les chromosomes homologues et parmi les chromosomes non homologues de taille et de morphologie similaires. Les bandes chromosomiques sont particulièrement importantes dans la cartographie physique des gènes et peuvent fournir des informations supplémentaires sur l'organisation moléculaire des chromosomes.

Les bandes chromosomiques peuvent être définies comme une variation longitudinale des propriétés de coloration le long d'un chromosome, induite par l'application d'une variété de traitements chromosomiques par des réactifs spécifiques, des colorants, seuls ou en combinaison. Le marquage chromosomique fait référence à la fois au processus de production des motifs de bandes et aux motifs eux-mêmes. Toutes les nombreuses méthodologies de baguage différentes ont un objectif commun d'identifier avec précision les chromosomes et les parties de chromosomes.

L'utilisation de la méthodologie des bandes peut également donner un aperçu de l'organisation des chromosomes. Certaines méthodes de marquage (baguage) ont grandement contribué à la fois à la biologie moléculaire et à la cytogénétique, donnant à la recherche sur les chromosomes une importance nouvelle et plus large. Cependant, les tentatives réussies de bandes de chromosomes d'espèces d'arbres à l'aide de protocoles pour des espèces de mammifères ou de plantes ont été limitées. Ainsi, le baguage des chromosomes des arbres forestiers reste actuellement une énigme en termes de nombre de bandes et/ou de cohérence.

Des informations importantes sur la réactivité chromosomique aux réactifs appliqués pour révéler les motifs de bandes ont été possibles après que Heitz en 1928 a montré que certains segments chromosomiques spécifiques, appelés hétérochromatiques, ne se décondensent pas pendant la télophase. L'hétérochromatine constitutive est une caractéristique structurelle permanente d'une paire de chromosomes donnée et est présente dans toutes les cellules à des positions identiques sur les deux chromosomes homologues, tandis que l'hétérochromatine facultative est hétéropycnotique dans des types cellulaires particuliers ou à des stades particuliers et est liée à l'activité différentielle des gènes.

L'hétérochromatine constitutive est spécifique d'un chromosome et d'une espèce et peut être utilisée pour l'identification des chromosomes; il est sensible au froid, à réplication tardive et génétiquement inerte, et contient généralement des séquences d'ADN hautement répétitives. Après que l'article de Pardue et Gall en 1970 ait montré que le colorant Giemsa colorait plus fortement les centromères des chromosomes de souris que les autres chromatines, la technique de bande C de Giemsa est devenue la méthode de bande la plus largement utilisée pour les chromosomes animaux et végétaux. La première bande C Giemsa réussie d'une espèce d'arbre forestier était sur les chromosomes de Pinus nigra en 1978 sur les chromosomes haploïdes dans le tissu gamétophytique femelle. D'autres scientifiques ont appliqué le baguage Giemsa à diverses espèces de conifères, principalement sur des tissus méristématiques à l'extrémité des racines, et ont fait d'autres pas dans ce domaine.

Bandes chromosomiques C Giemsa dans le tissu du gamétophyte femelle de Pinus nigra :

Exemple d'une méthode de bande chromosomique C Giemsa appliquée aux chromosomes du tissu gamétophytique femelle de Pinus nigra. Les flèches indiquent les bandes centromériques sur les chromosomes sous-métacentriques.

L'utilisation des bandes C Giemsa dans les espèces de feuillus a été très limitée. Généralement, la petite taille des chromosomes en métaphase chez les feuillus limite l'utilité de cette technique.

Histoire des bandes chromosomiques

Torbjorn Caspersson, lorsqu'il travaillait avec des plantes et utilisait la moutarde de quinacrine hautement fluorescente, a produit les premiers motifs de bandes chromosomiques, qui ont été signalés en 1968.

Les bandes alternées de fluorescence brillante et terne étaient appelées bandes Q. Les bandes brillantes de quinacrine étaient composées principalement d'ADN riche en bases adénine et thymine. La coloration à la moutarde quinacrine a été appliquée aux chromosomes humains pour produire le premier caryogramme humain en bandes en 1970.

Avant cette observation des bandes, les 24 chromosomes humains (22 paires autosomiques et les chromosomes sexuels X et Y) avaient été identifiés et séparés en sept différents groupes (A à G) en fonction de la taille et de la position du centromère. Les analyses des chromosomes à bande Q ont conduit à l'identification sans équivoque de chaque chromosome humain et, à l'intérieur de chaque chromosome, de régions et de bandes spécifiques.

En 1976, un comité permanent international sur la nomenclature cytogénétique humaine a été créé pour continuer à améliorer la nomenclature des chromosomes. Immédiatement après l'introduction de la bande Q, plusieurs autres méthodologies de coloration ont été introduites, qui ont produit différents types de motifs et de bandes, y compris la bande C (qui colore différemment les centromères de chacun des chromosomes), la bande G et R -bandes.

La bande G est le plus souvent introduite par un traitement avec une enzyme protéolytique, telle que la trypsine, suivi d'une coloration au Giemsa, qui se lie à l'ADN. La bande G produit un motif de bandes qui peut être corrélé avec la bande Q, avec les bandes G-light équivalentes aux régions Q-ternes et les bandes G-sombres équivalentes aux régions fortement fluorescentes.

La bande G est devenue la tache la plus couramment utilisée en cytogénétique humaine, en grande partie en raison de sa permanence et de sa clarté (par rapport au signal fluorescent décoloré généré par la bande Q). Les colorations telles que les bandes C, la coloration à l'argent des régions d'organisation nucléolaire, les bandes T des régions télomériques et la coloration par anticorps des composants chromosomiques sont plus ciblées avec moins de bandes et ne sont pas largement utilisées en cytogénétique.

Quatre classes de bandes peuvent être reconnues :

1. Les bandes hétérochromatiques sont mises en évidence par des techniques de bandes C, ainsi que par diverses méthodes de coloration au fluorochrome, et correspondent à l'hétérochromatine constitutive classiquement définie. Les régions hétérochromatiques des chromosomes restent normalement condensées tout au long de l'interphase et se trouvent généralement sous forme de blocs autour des centromères, mais sont parfois terminales ou interstitielles sur les chromosomes.
2. Les bandes euchromatiques forment un motif d'alternance de bandes colorées positivement et négativement (ou fluorescentes) sur toute la longueur des chromosomes et sont démontrées par les bandes G, les bandes R, les bandes Q et certains fluorochromes. L'euchromatine est plus légèrement emballée dans le noyau que l'hétérochromatine et est riche en gène<./li>
3. Les régions organisatrices du nucléole sont les segments de chromosomes qui contiennent les gènes de l'ARN ribosomal et qui donnent naissance aux nucléoles d'interphase. Ils peuvent être colorés à l'argent (coloration Ag-NOR).
4. Les kinétochores sont les structures centromériques par lesquelles les chromosomes mitotiques et méiotiques sont attachés aux microtubules du fuseau et sont généralement marqués à l'aide de sérums CREST auto-immuns.

Au milieu des années 1980, la coloration de séquences spécifiques dans les chromosomes est devenue possible grâce à la technique d'hybridation in situ par fluorescence (FISH), qui utilise des sondes d'ADN marquées par fluorescence. FISH (hybridation in situ en fluorescence, de l'anglais fluorescence in situ hybridization) a largement remplacé la coloration spécialisée des régions chromosomiques.

La FISH peut être réalisée avec une grande variété de types de sondes, chacune étant un morceau cloné du génome qui est marqué avec une molécule rapporteur fluorescente. Les sondes FISH peuvent être des segments génomiques uniques ou des collections de sondes (telles que des sondes de "peinture" spécifiques aux chromosomes, des sondes spécifiques à tous les télomères et des sondes spécifiques à tous les centromères). Le FISH a été largement utilisé à la fin des années 1980 et au début des années 1990 et constituait un lien entre la cytogénétique classique et la séquence du génome humain. FISH a également été utile pour étudier les positions intranucléaires des gènes pendant l'interphase.

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