Comparaison de l’analyse des chromosomes et de l’analyse des microréseaux chromosomiques : quelle est la valeur de l’analyse des chromosomes à l’ère des réseaux génomiques d’aujourd’hui ?

L’analyse des chromosomes et l’AMC sont des outils de diagnostic cliniquement utiles pour détecter les anomalies chromosomiques sur l’ensemble du génome humain. Actuellement, l’AMC est recommandée comme test de premier niveau pour la déficience intellectuelle et les anomalies congénitales, remplaçant le rôle précédent de l’analyse chromosomique. Dans cette étude, nous avons comparé les résultats de l’analyse chromosomique et de l’AMC dans 3 710 cas afin de déterminer l’intérêt de réaliser une analyse chromosomique.

Détection maximale du mosaïcisme par une conjonction de l’AMC et de l’analyse cytogénétique traditionnelle

Cette étude a montré que 1,2 % (43/3 710) des patients présentaient un résultat en mosaïque. Le mosaïcisme a été observé uniquement par l’analyse chromosomique dans 39% des cas en raison d’un pourcentage soit très faible (<10%) soit très élevé (>80%) de cellules anormales alors que 12% des cas ont été détectés uniquement par l’AMC. Les 49% de cas restants ont été détectés à la fois par l’AMC et l’analyse chromosomique.

La détection du mosaïcisme par l’AMC et celle par l’analyse chromosomique diffèrent en raison de la différence de technologie et de population cellulaire analysée. L’AMC analyse l’ADN extrait de toutes les cellules nucléées du sang périphérique, y compris de multiples lignées cellulaires. En revanche, l’analyse chromosomique est réalisée principalement sur des lymphocytes T stimulés par la phytohémagglutinine. Des études ont démontré que l’AMC peut être plus sensible lorsque les cellules anormales ne répondent pas aux mitogènes et/ou que les anomalies sont rares ou absentes dans les lymphocytes T, comme dans le cas du syndrome de Pallister-Killian5,6. Cinq cas de trisomie en mosaïque, impliquant les chromosomes 8, 9, 14 et 22, ont été détectés uniquement par l’AMC.

Bien que l’AMC puisse facilement détecter le mosaïcisme à des niveaux de 30 % ou plus, elle est limitée dans la détection de routine du mosaïcisme à des niveaux de <10 %.6,13,14 D’autres plateformes de réseaux, comme les réseaux de polymorphisme mononucléotidique, peuvent être mieux à même de détecter le mosaïcisme grâce aux informations obtenues à partir des fréquences des allèles B15,16. L’analyse chromosomique peut détecter un mosaïcisme de faible niveau grâce à l’examen individuel d’un grand nombre de cellules. L’analyse chromosomique peut détecter un mosaïcisme de faible niveau par l’examen individuel d’un grand nombre de cellules. D’autres cellules peuvent être examinées lorsqu’une ou deux cellules anormales en métaphase sont identifiées. Cependant, l’analyse d’un grand nombre de cellules individuelles prend du temps et demande beaucoup de travail. Si le mosaïcisme est suspecté ou confirmé, la FISH peut être utilisée pour examiner des centaines de cellules individuelles en interphase afin de déterminer le niveau de mosaïcisme ; la FISH prend relativement moins de temps que l’analyse chromosomique.

Les anomalies manquées par l’AMC, à l’exclusion des réarrangements apparemment équilibrés, représentent <0,2% du total des cas de cette étude ( tableau 2 ). La plupart des cas étaient indétectables par l’AMC car la proportion de cellules anormales était inférieure à la limite de détection de l’AMC (<10%). La signification clinique n’est pas claire pour le mosaïcisme de très faible niveau dans les cas 2 et 3, et le petit chromosome marqueur qui contient exclusivement des séquences répétées péricentromériques dans le cas 4. Les autres anomalies manquées par l’AMC sont associées à des anomalies phénotypiques. La raison pour laquelle l’anomalie observée dans 30 % des cellules cultivées dans le cas 5 n’a pas été détectée par l’AMC n’est pas claire, mais elle est probablement due au fait que les cellules anormales sont surreprésentées spécifiquement dans les lymphocytes T. La présence de deux lignées cellulaires différentes avec des gains et des pertes génomiques impliquant la même région a conduit à un équilibre génomique net pour cette région, échappant ainsi à la détection par l’AMC, comme le montre le cas 6.

La détection du mosaïcisme par l’AMC repose sur l’écart par rapport aux rapports logarithmiques attendus pour la délétion ou la duplication sans mosaïcisme. Le mosaïcisme suspecté doit être confirmé par une analyse chromosomique sur des cellules en culture ou une analyse FISH de préférence à partir de frottis sanguins. Dans les 11 cas étudiés ici, l’AMC a pu détecter l’anomalie chromosomique mais n’a pas pu détecter que le cas était mosaïque en raison d’un faible pourcentage de cellules normales ou de la présence d’un chromosome isodicentrique entraînant une tétrasomie segmentaire. Par exemple, dans deux cas, un gain de nombre de copies a été détecté par toutes les sondes pour le chromosome 18 par l’AMC (figure 2), suggérant une trisomie 18. En réalité, l’analyse chromosomique a montré qu’un cas présentait une trisomie 18 dans toutes les cellules ( Figure 2a ), tandis que l’autre cas présentait un mosaïcisme pour la trisomie 18 dans 80 % des cellules ( Figure 2b ). En outre, lorsque deux lignées cellulaires anormales ou plus impliquent la même région, comme illustré dans le cas de la Figure 2c , l’analyse chromosomique et/ou FISH est essentielle pour une interprétation correcte des anomalies chromosomiques.

Les informations structurelles chromosomiques sont fournies par l’analyse chromosomique mais ne sont pas apparentes par l’AMC

L’AMC fournit des informations très fiables sur la présence de gains et de pertes de nombre de copies, mais ne fournit pas d’informations sur la position ou l’orientation. Nos études ont montré que des anomalies structurelles étaient observées dans 18 % des cas d’AMC anormale. La moitié des réarrangements structurels identifiés dans cette étude sont des translocations/insertions non équilibrées, un tiers sont d’autres modifications structurelles telles que des chromosomes en anneau, des chromosomes marqueurs, des isochromosomes et des chromosomes isodicentriques, et les 15 % restants sont des réarrangements complexes. Étant donné que la plupart de ces aberrations structurelles impliquent des régions subtélomériques, les modifications terminales du nombre de copies ont une probabilité plus élevée de présenter d’autres anomalies structurelles.17 En général, l’analyse chromosomique et l’analyse FISH sont toutes deux capables d’identifier les translocations, les insertions, les isochromosomes et les marqueurs, avec des forces différentes pour chaque méthode. Bien que la FISH puisse détecter des changements trop petits pour être décelables par l’analyse chromosomique, l’analyse des modèles de bandes chromosomiques fournit des informations supplémentaires sur les régions concernées. Dans le cas de réarrangements complexes, une combinaison de FISH et d’analyse chromosomique peut être nécessaire pour déterminer complètement les changements structurels complexes. À cette exception près, l’analyse FISH après une découverte anormale par AMC est généralement suffisante pour fournir des informations sur la nature de la modification du nombre de copies.

Certains réarrangements chromosomiques pourraient être manqués même après une AMC et une FISH. Par exemple, une délétion interstitielle en 2q a été détectée par l’AMC dans le cas 9 ( figure 1a ). Sans analyse chromosomique, le réarrangement semble être une simple délétion unique, même après une analyse FISH de confirmation. Cependant, l’examen du caryotype a montré un chromosome 2 anormal avec une insertion d’un segment de 17q23.1q23.3 dans la bande 2p11.2. En outre, le chromosome 2 avec le segment 17q inséré présente également une inversion péricentrique entre 2p12 et 2q31.1. La délétion sur 2q31.1 détectée par l’AMC est très probablement survenue au niveau ou à proximité du point de rupture de l’inversion sur le bras long d’un chromosome 2. En résumé, le cas 9 présentait un réarrangement complexe comprenant une délétion en 2q détectable par AMC mais non visible par analyse chromosomique, ainsi qu’une insertion et une inversion impliquant les chromosomes 2 et 17, détectables par analyse chromosomique mais non par AMC. De même, le cas 10 présentait des réarrangements de novo impliquant quatre chromosomes, dont une insertion du segment 2q14.2q24.1 dans le bras court d’un chromosome 6, qui présente également une inversion paracentrique, et une translocation réciproque entre les chromosomes 12 et 18. Des pertes de nombre de copies ont été identifiées par l’AMC près des points de cassure des chromosomes 2 et 6 (Figure 1b). Un diagnostic correct nécessite la combinaison de l’AMC et de l’analyse chromosomique.18

L’identification des réarrangements structurels chromosomiques est indispensable pour le conseil génétique de la famille. Les déséquilibres génomiques détectés par l’AMC pourraient être dus à un produit de ségrégation déséquilibré d’une translocation ou d’une insertion équilibrée chez l’un des parents et, par conséquent, justifient une forte recommandation pour la réalisation d’études parentales. De plus, l’information sur la structure chromosomique fournit un guide pour déterminer quelles études parentales devraient être recommandées. Pour les réarrangements qui sont susceptibles d’être les produits d’un réarrangement équilibré, une FISH ou une analyse chromosomique parentale devrait être réalisée au lieu d’une AMC parentale.

Réarrangements apparemment équilibrés avec une étude AMC normale

Dans cette étude, des translocations ou inversions uniques apparemment équilibrées sans autres anomalies chromosomiques ont été détectées dans 30 cas (~0,8%) par l’analyse chromosomique. Il a été rapporté que ~40% des patients présentant des anomalies congénitales multiples/un retard mental et une translocation apparemment équilibrée de novo présentent des anomalies cryptiques près des points de cassure, ou non liées aux points de cassure, qui peuvent être facilement détectées par l’AMC.19,20 Cependant, l’AMC n’a détecté aucune modification du nombre de copies près des points de cassure dans ces 30 cas. Plusieurs facteurs peuvent contribuer à cette observation. La plupart des réarrangements ont été hérités sur la base des études parentales d’un sous-ensemble de cas, ce qui signifie qu’ils sont plus susceptibles d’être  » réellement  » équilibrés. En outre, les translocations robertsoniennes, qui n’entraînent généralement pas de modifications du nombre de copies de l’euchromatine, ont été incluses dans cette étude mais exclues dans les études publiées. De plus, de petites délétions/duplications cryptiques adjacentes aux points de rupture peuvent être manquées car les réseaux utilisés pour la plupart de ces cas étaient ciblés et n’avaient pas une résolution génomique suffisante pour détecter un déséquilibre.

Bien que la majorité des réarrangements équilibrés soient bénins, les réarrangements de novo sont associés à un risque de maladie plus élevé en raison d’une délétion ou d’une duplication cryptique, d’une perturbation du gène ou de l’enhancer, d’effets de position ou d’un effet épigénétique. Le risque de présenter une anomalie congénitale grave en cas de translocations et d’inversions réciproques de novo est de 6,7 %21. On s’attend à ce que le risque soit plus faible pour les cas présentant une AMC normale à l’aide d’une matrice du génome entier. Par conséquent, les simples réarrangements équilibrés détectés dans cette étude sont moins susceptibles d’être la cause des phénotypes des patients.

Stratégie basée sur les preuves pour une détection efficace des anomalies chromosomiques

Pour déterminer si et quand une analyse chromosomique doit être effectuée pour le diagnostic clinique des anomalies chromosomiques, nous avons examiné les résultats des cas étudiés simultanément par AMC et par analyse chromosomique. Des anomalies chromosomiques détectées par l’analyse chromosomique mais complètement manquées par l’AMC ont été observées dans ~1% des cas, notamment des réarrangements apparemment équilibrés dans 0,8% des cas et des déséquilibres associés au mosaïcisme dans 0,16% des cas. En outre, l’analyse chromosomique a facilité la détection de réarrangements structurels chromosomiques dans 18 % des cas présentant des résultats anormaux de l’AMC.

Bien que l’AMC fournisse des informations sur la variation du nombre de copies et le mosaïcisme, seule l’analyse chromosomique ou la FISH fournit les informations structurelles chromosomiques associées à ces modifications du nombre de copies et identifie certains cas de mosaïcisme non détectés par l’AMC. Les avantages de la FISH par rapport à l’analyse chromosomique sont que de petits (<3-10 Mb) changements de nombre de copies peuvent être détectés et qu’un grand nombre de noyaux peuvent être rapidement analysés, ce qui est particulièrement utile pour l’évaluation du mosaïcisme. Par conséquent, après une AMC anormale, l’analyse FISH peut être appliquée en premier lieu pour détecter les réarrangements structurels associés aux changements du nombre de copies et confirmer le mosaïcisme et déterminer le pourcentage de cellules anormales. Lorsque des insertions ou des translocations sont détectées par FISH, une analyse chromosomique peut être indiquée pour déterminer les chromosomes impliqués. Au lieu de l’analyse chromosomique standard, qui étudie 20 cellules en métaphase de deux cultures, une analyse chromosomique à petite échelle de cinq cellules d’une culture est suffisante à cet effet. Cette stratégie permettrait de détecter toutes les modifications structurelles, à l’exception de quelques rares réarrangements complexes.

Pour les cas présentant un résultat normal par AMC, une analyse chromosomique complète peut être envisagée si le patient présente de multiples anomalies congénitales, des caractéristiques dysmorphiques et/ou un retard mental évoquant un syndrome chromosomique ou des manifestations cliniques indiquant un mosaïcisme potentiel, telles que des anomalies pigmentaires distribuées de manière aléatoire ou suivant les lignes de Blashko et une asymétrie de croissance en association avec une déficience intellectuelle. Sur la base de cette étude, ~1% des cas auraient des résultats chromosomiques informatifs, mais <0,001 des cas (3/3 710) auraient un résultat cliniquement significatif.

En résumé, notre étude confirme encore que presque toutes les anomalies chromosomiques détectables par l’analyse chromosomique sont détectées par l’AMC, ce qui soutient la recommandation que l’AMC soit le test de premier niveau. Cependant, l’analyse cytogénétique traditionnelle reste utile pour la détection du mosaïcisme et la caractérisation des réarrangements structurels.