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Notation de translocation chromosomique

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Une translocation réciproque est notée par exemple : t(4;12)(q32;q24) indiquant que q32 sur le chromosome 4 est échangé avec q24 sur le chromosome 12 si je comprends bien.

Ma question est : comment savoir s'il s'agit d'une translocation équilibrée ou déséquilibrée ?


Cette translocation est équilibrée : si ce n'était pas le cas, il y avait un signe spécifique pour un événement déséquilibré spécifique, par exemple "del" pour la suppression ou les signes "+" et "-" etc.


Les aberrations chromosomiques ont des notations définies que vous pouvez trouver ici.

La règle de notation pour les anomalies génétiques multiples est de les concaténer. En présence d'une translocation déséquilibrée, deux anomalies seront indiquées car vous avez à la fois une translocation et un autre événement (par exemple, suppression, duplication,…).

Dans votre exemple, comme aucune autre anomalie/événement n'est indiqué, il s'agit d'une translocation équilibrée.


Logique moléculaire sous-jacente aux translocations chromosomiques, aléatoires ou non aléatoires ?

Chunru Lin , . Michael G. Rosenfeld , dans Avancées de la recherche sur le cancer , 2012

Résumé

Les translocations chromosomiques servent de marqueurs diagnostiques essentiels et de cibles thérapeutiques pour la leucémie, le lymphome et de nombreux types de tumeurs solides. Comprendre les mécanismes de génération des translocations chromosomiques est resté une question biologique centrale pendant des décennies. Plutôt que de représenter un événement aléatoire, des études récentes indiquent que la translocation chromosomique est un événement non aléatoire d'une manière spatialement régulée, spécifique au site et axée sur le signal, reflétant les actions impliquées dans l'activation transcriptionnelle, la régulation épigénétique, l'architecture nucléaire tridimensionnelle, et la réparation des dommages à l'ADN. Dans cette revue, nous nous concentrerons sur la progression vers la compréhension de la logique moléculaire sous-jacente aux événements de translocation chromosomique et les implications de nouvelles stratégies pour prévenir les translocations chromosomiques.


L'évolution du rôle de la translocation t(1114) dans la biologie, le pronostic et la gestion du myélome multiple

Les modifications cytogénétiques du myélome multiple (MM) sont devenues l'un des facteurs pronostiques les plus importants. Les translocations des chromosomes 4 et 14 [t(414)], des chromosomes 14 et 16 [t(1416)] et la délétion du chromosome 17p [del(17p)] ont été incorporées dans le système international révisé de stadification en tant que mesure de la biologie défavorable de la maladie . Les recherches en cours dévoilent un paysage génomique complexe dans le MM, avec de nouvelles anomalies cytogénétiques importantes pour le pronostic identifiées et la signification des changements cytogénétiques connus revisitée. Dans des études menées avant l'ère du nouvel agent, il a été démontré que le t(1114) présentait un risque standard pour les patients atteints de MM. Les résultats de revues rétrospectives plus récentes ont montré que le t(1114) est associé à des résultats intermédiaires chez les patients traités avec de nouveaux agents par rapport aux patients qui présentent des aberrations cytogénétiques standard ou à haut risque. Les cellules MM avec t(1114) ont une biologie unique, avec une expression relativement plus élevée de la protéine anti-apoptotique BCL2 et une expression plus faible de MCL1, contrairement aux cellules MM sans cette translocation. La translocation t(1114) est apparue comme le premier marqueur prédictif dans le MM, indiquant une sensibilité à l'inhibition de BCL2. De futures études seront nécessaires pour déterminer si la combinaison de nouveaux agents avec des inhibiteurs de BCL2 peut améliorer le pronostic des patients atteints de t (1114). Dans cet article, les données actuelles sur l'évolution du rôle du t(1114) dans la biologie, le pronostic et le traitement du MM sont passées en revue.

Mots clés: Inhibiteurs de BCL2 Cytogénétique Myélome multiple Venetoclax t(1114).


La translocation robertsonienne est un type de translocation causé par des cassures au niveau ou à proximité des centromères de deux chromosomes acrocentriques. L'échange réciproque de parties donne naissance à un grand chromosome métacentrique et à un chromosome extrêmement petit qui peuvent être perdus de l'organisme avec peu d'effet car il contient peu de gènes. Le caryotype qui en résulte chez l'homme ne laisse que 45 chromosomes, puisque deux chromosomes ont fusionné. Cela n'a pas d'effet direct sur le phénotype, puisque les seuls gènes sur les bras courts des acrocentriques sont communs à tous et sont présents en nombre de copies variable (gènes organisateurs nucléolaires).

Des translocations robertsoniennes ont été observées impliquant toutes les combinaisons de chromosomes acrocentriques. La translocation la plus courante chez l'homme implique les chromosomes 13 et 14 et est observée chez environ 0,97 / 1000 nouveau-nés. « Les porteurs de translocations robertsoniennes ne sont associés à aucune anomalie phénotypique, mais il existe un risque de gamètes déséquilibrés qui conduisent à des fausses couches ou à une progéniture anormale. Par exemple, les porteurs de translocations robertsoniennes impliquant le chromosome 21 ont un risque plus élevé d'avoir un enfant atteint du syndrome de Down. C'est ce qu'on appelle une « translocation Downs ». Ceci est dû à une mauvaise ségrégation (non disjonction) au cours de la gamétogenèse. La mère a un risque de transmission plus élevé (10 %) que le père (1 %). Les translocations robertsoniennes impliquant le chromosome 14 comportent également un léger risque de disomie uniparentale 14 due au sauvetage de la trisomie.


Résumé

Le remplacement des populations d'insectes sauvages par des individus porteurs de transgènes incapables de transmettre la maladie ou de survivre dans des conditions environnementales spécifiques en utilisant le forçage génétique fournit une méthode auto-entretenue de prévention des maladies. Les mécanismes qui nécessitent que l'élément de forçage génétique et la cargaison liée dépassent une fréquence seuil élevée pour que la propagation se produise sont attrayants car ils offrent plusieurs points de contrôle : ils entraînent un remplacement de la population locale, mais pas mondiale et les transgènes peuvent être éliminés en réintroduisant des types sauvages dans la population de manière à amener la fréquence des transgènes en dessous de la fréquence seuil requise pour l'entraînement. Les translocations chromosomiques réciproques ont été proposées comme outil pour provoquer un remplacement de population à seuil élevé en 1940 et 1968. Cependant, des translocations capables d'atteindre cet objectif n'ont été rapportées qu'une seule fois, chez le tétranyque. Tetranychus urticae, une espèce haplo-diploïde dans laquelle il existe une forte sélection chez les mâles haploïdes pour les homozygotes aptes. Nous rapportons la création de souches porteuses de translocation de Drosophila melanogaster, généré par une rupture chromosomique ciblée et une recombinaison homologue. Ces souches entraînent un remplacement de population à seuil élevé dans les populations de laboratoire. Bien qu'il reste à démontrer que les translocations artificielles peuvent entraîner un remplacement de population dans les populations sauvages, ces observations suggèrent qu'une exploration plus approfondie des translocations artificielles en tant qu'outil de remplacement contrôlé de la population est justifiée.


Déplacements

UNE transfert se produit lorsqu'un segment d'un chromosome se dissocie et se rattache à un autre chromosome non homologue. Les translocations peuvent être bénignes ou avoir des effets dévastateurs selon la manière dont les positions des gènes sont modifiées par rapport aux séquences régulatrices. Notamment, des translocations spécifiques ont été associées à plusieurs cancers et à la schizophrénie. Les translocations réciproques résultent de l'échange de segments chromosomiques entre deux chromosomes non homologues, de sorte qu'il n'y a ni gain ni perte d'informations génétiques (Figure 3).

Figure 3. Une translocation réciproque se produit lorsqu'un segment d'ADN est transféré d'un chromosome à un autre, chromosome non homologue. (crédit : modification des travaux par National Human Genome Research/USA)


Les cytologistes ont caractérisé de nombreux réarrangements structurels dans les chromosomes, mais les inversions et translocations chromosomiques sont les plus courantes. Les deux sont identifiés pendant la méiose par l'appariement adaptatif de chromosomes réarrangés avec leurs anciens homologues pour maintenir un alignement génique approprié. Si les gènes portés sur deux homologues ne sont pas orientés correctement, un événement de recombinaison pourrait entraîner la perte de gènes d'un chromosome et le gain de gènes de l'autre. Cela produirait des gamètes aneuploïdes.

Une inversion chromosomique est le détachement, la rotation à 180° et la réinsertion d'une partie d'un chromosome. Les inversions peuvent se produire dans la nature à la suite d'un cisaillement mécanique, ou de l'action d'éléments transposables (séquences d'ADN spéciales capables de faciliter le réarrangement des segments chromosomiques à l'aide d'enzymes qui coupent et collent des séquences d'ADN). À moins qu'elles ne perturbent une séquence de gènes, les inversions ne modifient que l'orientation des gènes et sont susceptibles d'avoir des effets plus légers que les erreurs aneuploïdes. Cependant, l'orientation des gènes altérée peut entraîner des changements fonctionnels, car les régulateurs de l'expression des gènes pourraient être déplacés par rapport à leurs cibles, provoquant des niveaux aberrants de produits géniques.

Une inversion peut être péricentrique et inclure le centromère, ou paracentrique et se produire à l'extérieur du centromère. Une inversion péricentrique asymétrique par rapport au centromère peut modifier les longueurs relatives des bras chromosomiques, rendant ces inversions facilement identifiables.

Figure (PageIndex<1>) : Les inversions peuvent être péricentriques ou paracentriques: Les inversions péricentriques incluent le centromère, contrairement aux inversions paracentriques. Une inversion péricentrique peut modifier les longueurs relatives des bras chromosomiques, une inversion paracentrique ne le peut pas.

Lorsqu'un chromosome homologue subit une inversion, mais pas l'autre, l'individu est décrit comme un hétérozygote d'inversion. Pour maintenir une synapse point à point pendant la méiose, un homologue doit former une boucle et l'autre homologue doit se mouler autour d'elle. Bien que cette topologie puisse garantir que les gènes sont correctement alignés, elle force également les homologues à s'étirer et peut être associée à des régions de synapsis imprécise.

Figure (PageIndex<1>) : Hétérozygotes d'inversion: Lorsqu'un chromosome subit une inversion, mais pas l'autre, un chromosome doit former une boucle inversée pour conserver l'interaction point à point pendant la synapse. Cet appariement d'inversion est essentiel pour maintenir l'alignement des gènes pendant la méiose et pour permettre la recombinaison.

Tous les réarrangements structurels des chromosomes ne produisent pas des individus non viables, altérés ou infertiles. Dans de rares cas, un tel changement peut entraîner l'évolution d'une nouvelle espèce. En fait, une inversion péricentrique du chromosome 18 semble avoir contribué à l'évolution de l'homme. Cette inversion n'est pas présente chez nos plus proches parents génétiques, les chimpanzés. Les humains et les chimpanzés diffèrent cytogénétiquement par des inversions péricentriques sur plusieurs chromosomes et par la fusion de deux chromosomes séparés chez les chimpanzés qui correspondent au chromosome deux chez l'homme.

On pense que l'inversion péricentrique du chromosome 18 s'est produite chez les premiers humains à la suite de leur divergence d'un ancêtre commun avec les chimpanzés il y a environ cinq millions d'années. Les chercheurs caractérisant cette inversion ont suggéré qu'environ 19 000 bases nucléotidiques étaient dupliquées sur 18p, et la région dupliquée inversée et réinsérée sur le chromosome 18 d'un être humain ancestral.

Une comparaison des gènes humains et de chimpanzés dans la région de cette inversion indique que deux gènes&mdashROCK1 et USP14&mdash qui sont adjacents sur le chromosome 17 du chimpanzé (qui correspond au chromosome humain 18) sont positionnés plus éloignés sur le chromosome humain 18. Cela suggère que l'un des points de rupture de l'inversion s'est produite entre ces deux gènes. Fait intéressant, les humains et les chimpanzés expriment USP14 à des niveaux distincts dans des types cellulaires spécifiques, y compris les cellules corticales et les fibroblastes. Peut-être que l'inversion du chromosome 18 chez un humain ancestral a repositionné des gènes spécifiques et réinitialisé leurs niveaux d'expression de manière utile. Étant donné que ROCK1 et USP14 codent tous deux pour des enzymes cellulaires, un changement dans leur expression pourrait altérer la fonction cellulaire. On ne sait pas comment cette inversion a contribué à l'évolution des hominidés, mais elle semble être un facteur important dans la divergence des humains par rapport aux autres primates.


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Je connais quelqu'un avec une translocation équilibrée. Le médecin a dit qu'il y avait quatre combinaisons possibles pour ses enfants. Pouvez-vous expliquer ce qu'ils sont?

-Un adulte curieux de Floride

Excellente question ! Le médecin de votre amie a raison de dire qu'il existe quatre combinaisons pour ses enfants.

Ceci est important à savoir car deux des combinaisons peuvent causer des problèmes pour la grossesse et/ou l'enfant, et deux non.

Il y a trois façons différentes pour ses enfants d'obtenir une translocation aussi. Il y a aussi une façon pour ses enfants de ne pas en avoir un.

Vous vous demandez peut-être pourquoi cela compte. Les translocations peuvent modifier la quantité d'ADN d'une personne et cela peut causer des problèmes.

Par exemple, le syndrome de Down survient lorsqu'une personne a un chromosome 21 supplémentaire. Dans les cas plus graves, un ADN supplémentaire peut entraîner des fausses couches.

Maintenant, ce n'est pas un problème pour les personnes ayant une translocation équilibrée car elles ont la quantité typique d'ADN. Mais comme vous le verrez ci-dessous, cela peut être pour leurs enfants.

Des translocations équilibrées se produisent lorsque les chromosomes sont réarrangés

Tout d'abord, qu'est-ce que l'ADN ? L'ADN est l'ensemble des instructions pour créer un être vivant.

Notre ADN est emballé dans des structures appelées chromosomes. La plupart des gens ont 23 sortes de chromosomes et deux copies de chaque sorte. Nous avons donc 23 paires pour un total de 46.

Une translocation est ce que nous appelons lorsqu'une partie d'un chromosome est échangée ou attachée à un autre chromosome. Dans une translocation équilibrée, il n'y a pas d'informations perdues ou supplémentaires. Toutes les parties des deux chromosomes originaux sont là avec le nombre habituel de copies.

Ce type de translocation est illustré ci-dessous :

Sur la gauche se trouvent deux paires typiques de chromosomes. Je les ai faits chacun d'une couleur différente pour les rendre plus faciles à suivre. Une paire est appelée la paire Chr 1 et l'autre est Chr 2.

Sur la droite se trouve ce qui pourrait arriver dans une translocation équilibrée. Comme vous pouvez le voir, il y a eu un échange entre l'un des chromosomes Chr 1 et l'un des chromosomes Chr 2. Le résultat final est qu'il y a maintenant 4 chromosomes différents au lieu de deux de chacun.

J'ai déjà mentionné qu'aucune information n'a été perdue. Pourquoi est-ce important ? Il s'avère qu'il peut être très important d'avoir exactement deux chromosomes.

À titre d'exemple, réfléchissons à l'importance du nombre de lettres dans un mot. Le mot « dessert » a deux S's. Lorsque nous voyons ce mot, nous savons qu'il fait référence à une délicieuse gâterie. Si nous réorganisons le S's, nous savons toujours que nous parlons d'une délicieuse gâterie.

Cependant, si nous supprimons un S, on change le sens du mot ! Maintenant, nous ne parlons plus d'une boule de glace ou d'un morceau de gâteau. Au lieu de cela, nous parlons d'un endroit où il ne pleut presque jamais.

Que se passe-t-il lorsque nous ajoutons un extra S? On se retrouve avec quelque chose d'insignifiant.

L'ADN fonctionne en quelque sorte de la même manière. Il y a des parties de chaque chromosome qui peuvent causer des problèmes si elles se répètent ou disparaissent. .

Les enfants reçoivent 23 chromosomes de chaque parent

Lorsque les gens ont des enfants, chaque parent donne généralement une copie de chacun de leurs 23 chromosomes. La mère apportera un ovule portant ses 23 et le père apportera un spermatozoïde avec 23 des siens.

Cela fait 23 paires, soit 46 chromosomes au total.

Voyons comment cela fonctionne en utilisant notre parent avec la translocation équilibrée. Nous allons nous concentrer uniquement sur 1 paire sur 23, une avec une translocation équilibrée.

Comme vous pouvez le voir, l'un de ces couples est inséré dans un spermatozoïde (ou ovule) et l'autre dans le second.

Cela signifie que la moitié des spermatozoïdes ou des ovules de ce parent seront comme la cellule de gauche. L'autre moitié sera comme la cellule de droite.

Cela se produit pour les 23 paires de chromosomes.

Dans la vraie vie, c'est un peu plus compliqué. Des paires de chromosomes peuvent en fait échanger des morceaux dans un processus appelé recombinaison, mais ce n'est pas important pour ce dont je parle ici. Vous pouvez en savoir plus sur ce processus ici.

Il existe quatre combinaisons de Chr1 et Chr2

Nous savons maintenant ce qu'est une translocation équilibrée et comment les parents transmettent leurs chromosomes à leurs enfants. Nous avons toutes les informations dont nous avons besoin pour comprendre les quatre combinaisons dont l'enfant en question peut hériter.

Disons qu'un parent a la translocation équilibrée que j'ai montrée plus tôt :

Un enfant recevra une copie de Chr 1 et une copie de Chr 2 du parent porteur de la translocation. Il existe quatre combinaisons possibles des chromosomes 1 et 2.

Dessinons toutes les combinaisons possibles de Chr 1 et Chr 2 dans un tableau. Dans chaque colonne du tableau, nous plaçons une version différente de Chr 1.

Dans chaque rangée, nous plaçons une version différente de Chr 2.

Maintenant, nous remplissons toutes les cases pour montrer toutes les paires possibles.

J'ai marqué chaque combinaison avec un numéro pour les rendre faciles à consulter.

Dans la combinaison 1, l'enfant héritera de deux chromosomes qui ne sont pas affectés par la translocation. C'est comme ce que vous trouvez chez l'enfant d'un parent qui n'a pas de translocation.

Dans la combinaison 4, l'enfant obtiendra des versions affectées des deux chromosomes. Dans ces deux cas, l'enfant aura toutes les informations de Chr 1 et Chr 2. La seule différence est que dans la combinaison 4, cette information a été réarrangée un peu comme chez le parent avec la translocation équilibrée.

Dans les combinaisons 2 et 3, ce n'est pas le cas. La combinaison 2 manque une partie de Chr 1 et a deux copies d'une partie de Chr 2. La combinaison 3 est le contraire, avec une partie de Chr 2 manquante et un peu de chromosome supplémentaire Chr 1.

Ce sont des translocations déséquilibrées, ce qui signifie que certaines informations ont été perdues et d'autres ont été dupliquées. Notre dessert est devenu un dessert ou un dessert.

Les translocations peuvent causer des problèmes de santé

Une translocation déséquilibrée peut modifier la quantité d'ADN dont les enfants héritent. Cela peut signifier trop de copies de certaines parties des chromosomes et trop peu de copies d'autres.

Cela nous ramène à l'exemple du « dessert ». Modification du nombre de S's change le sens du mot « dessert ». Changer le nombre de chromosomes peut changer la façon dont notre corps comprend les instructions de notre ADN.

Cela peut augmenter le risque de fausse couche ou de troubles du développement. Cliquez ici pour en savoir plus sur l'impact des translocations sur la santé d'un bébé ?


Résultats

Détection de translocation équilibrée et déséquilibrée

Dans le but de détecter les réarrangements chromosomiques et de déterminer la précision de l'identification des points d'arrêt, nous avons effectué dans le noyau Hi-C sur deux lignées cellulaires lymphoblastoïdes humaines avec des translocations chromosomiques connues entre les chromosomes 11 et 22. FY1199 a une translocation constitutionnelle équilibrée, 46,XY,t (1122)(q23.3q11.2), et DD1618 est dérivé d'un patient atteint du syndrome d'Emmanuel (OMIM #609029) porteur d'un produit déséquilibré de la même translocation - 47,XX,+der(22)t(1122)(q23. 3q11.23)mat) [19]. Hi-C interroge la proximité spatiale au sein du noyau en analysant les contacts entre les régions génomiques. En bref, les cellules sont réticulées avec du formaldéhyde pour préserver la juxtaposition spatiale de l'ADN. L'ADN est ensuite coupé avec une enzyme de restriction et les extrémités cohésives libres sont remplies de nucléotides biotinylés avant la religation des extrémités des fragments qui sont à proximité spatiale. Les liaisons croisées sont ensuite inversées, l'ADN génomique purifié fragmenté, les jonctions de ligature récupérées sur des billes magnétiques recouvertes de streptavidine et la bibliothèque résultante amplifiée de manière minimale pour le séquençage apparié. Pour tout fragment de restriction particulier, la grande majorité des événements de ligature se produira avec des fragments dans les premières centaines de kilobases (kb) de séquence contiguë dans le génome linéaire. La fréquence de tels intrachromosomiques (cis), les événements de ligature, représentés par une forte diagonale sur les cartes thermiques Hi-C, diminuent de manière logarithmique avec la distance génomique. Trans, ou interchromosomiques, les interactions sont situées en dehors de la diagonale et sont généralement présentes à une fraction du niveau de cis contacter [14].

Lorsque les réarrangements chromosomiques rassemblent des régions distales de chromosomes identiques ou différents, des blocs distincts de ce qui semble être une longue portée inhabituellement forte cis ou trans les interactions doivent être visibles sur la carte thermique (Fig. 1b). Les cartes thermiques Hi-C pour les deux lignées cellulaires ont montré des blocs clairs de forte trans ligature entre les chromosomes 11 et 22. Chez le patient atteint du syndrome d'Emanuel déséquilibré, un seul bloc était présent avec les contacts les plus forts se produisant aux points de rupture connus [20]. En revanche, la lignée cellulaire à translocation équilibrée, FY1199, a montré des contacts divisés entre deux blocs qui ont produit une apparence de «papillon» (Fig. 1c). Ces blocs ont été joints au point de contacts les plus forts, correspondant aux points de rupture chromosomiques connus [20]. Ce résultat serait attendu lorsque le réarrangement est réciproque et que les deux chromosomes dérivés sont présents.

Hi-C détecte les réarrangements chromosomiques. une Présentation de la méthode Hi-C. b Dessin animé représentation d'ADN réticulé dans un noyau normal (Haut) et à la fois des noyaux porteurs de translocation déséquilibrés et équilibrés, avec des chromosomes dérivés (der) délimités. Lectures finales appariées représentatives et théoriques cartes thermiques sont également affichés. c Partiel cartes thermiques pour les chromosomes 11 et 22 générés à partir de deux ensembles de données Hi-C réalisées sur des lignées cellulaires humaines d'un patient atteint du syndrome d'Emanuel et porteur d'une translocation équilibrée. Les boîte rouge décrit les interactions observées à partir du chromosome dérivé 22 et du boîte verte décrit ceux du chromosome dérivé 11 (jusqu'au centromère). Idéogrammes pour les chromosomes 11 et 22 sont fournis à côté pour référence. Interaction Hi-C carte de chaleur d'une lignée cellulaire de souris présentant des réarrangements chromosomiques insoupçonnés. Les chromosomes sont répertoriés le long de la X et oui axes dans l'ordre numérique. Les trois translocations suspectées sont agrandies et ont été confirmées par fluorescence in situ l'hybridation (FISH), comme le montre la co-localisation de sondes de différents chromosomes (un rouge et une vert) sur un seul chromosome en métaphase (encart)

Détection de nouveaux réarrangements

Pour détecter de nouveaux réarrangements, nous avons effectué un Hi-C dans le noyau sur une lignée cellulaire de souris transformée (EKLF -/- ) [21]. La carte thermique a montré des blocs uniques clairs de contacts forts entre les séquences sur les chromosomes 3 et 10, 10 et 16, et X et 8 (Fig. 1d), suggérant des translocations déséquilibrées entre ces paires de chromosomes. Pour confirmer ces réarrangements, nous avons effectué une fluorescence d'ADN bicolore in situ hybridation (FISH) sur des préparations de métaphase en utilisant des sondes générées à partir des régions flanquant les points de rupture suspectés. Les trois réarrangements ont été confirmés, prouvant que Hi-C peut détecter de nouveaux réarrangements chromosomiques dans les lignées cellulaires, comme l'ont également démontré d'autres [16,17,18].

Dépistage des tumeurs cérébrales humaines primaires

Pour démontrer le potentiel de Hi-C comme méthode de détection et de caractérisation des réarrangements chromosomiques inconnus dans le matériel clinique, nous avons effectué Hi-C sur six tumeurs cérébrales humaines : cinq glioblastomes (GB) et un astrocytome anaplasique (AA). Ceux-ci ont été reçus sous forme de tissu frais congelé avec entre 75 et 90 % de contenu tumoral, tel que déterminé par le pathologiste. Tous les échantillons ont été sélectionnés à partir d'une étude plus vaste et ont reçu une approbation éthique complète [22]. Les résultats Hi-C ont révélé une hétérogénéité spectaculaire entre les tumeurs, allant de l'absence de réarrangements structurels à grande échelle détectés dans un échantillon (GB183) à des réarrangements impliquant au moins 15 des 24 chromosomes différents dans un autre (GB176).

La carte thermique d'une tumeur, GB180, a montré la forte ligne attendue de cis interactions sur la diagonale et également un bloc papillon clair d'interactions entre les chromosomes 3 et 13, les points d'interaction les plus forts se trouvant dans les régions génomiques correspondant aux bandes 3p24.1 et 13q33.3, indiquant un t(313) équilibré (p24.1q33. 3) translocation (Fig. 2a). En plus de ce réarrangement chromosomique, il y avait aussi une ligne distincte d'interactions d'une petite région du chromosome 7 à des régions à travers le génome. Cela suggérait une amplification via des minutes doubles - de petits fragments d'ADN extrachromosomiques qui contiennent généralement des oncogènes et sont répartis dans tout le noyau [23]. Le séquençage des lectures du chromosome 7 a révélé une région de 1 Mb hautement amplifiée correspondant à la ligne sur la carte thermique, le nombre de lectures pour cette région étant sensiblement plus élevé que le reste du chromosome. Cette région contenait le EGFR oncogène, connu pour être amplifié dans le glioblastome, avec environ 42 % des cas montrant une amplification de ce gène via des minutes doubles [24]. EGFR une amplification a également été observée dans les tumeurs GB176 et GB182. En plus de l'amplification du chromosome 7, la carte thermique de la tumeur GB180 a également montré une paire similaire de lignes situées à proximité les unes des autres sur le chromosome 12. Celles-ci représentaient des régions supplémentaires contenant des oncogènes qui sont amplifiées dans le glioblastome, avec CDK4 être dans un et MDM2 (homologue double minute murin 2) dans l'autre [25, 26] (Fig. 2b).

Tumeur GB180. une Carte de chaleur et carte thermique partielle de la tumeur GB180 montrant une translocation équilibrée entre les chromosomes 3 et 13 (t(313)(p24.1q33.3)). Cartes thermiques ont été colorées par le nombre d'interactions avec le dégradé de couleur mis à l'échelle linéairement à partir de dix (bleu) à 50 (rouge). Les bacs contenant moins de dix interactions ne sont pas représentés. Le petit Flèches rouges indiquent les régions amplifiées. b Lire les comptes des régions amplifiées sur les chromosomes 7 (Haut) et 12 (bas). Les pics élevés montrent un nombre de lectures significativement plus élevé que dans les régions environnantes. EGFR, CDK4 et MDM2 les oncogènes sont marqués

Alors que GB180 n'a montré qu'une seule translocation, le glioblastome GB176 était plus complexe et présentait des signes de réarrangements chromosomiques multiples, dont la majorité présentait le motif en papillon associé à des translocations équilibrées (Fig. 3a). Par exemple, la translocation at(120)(p13.1p12.1) pourrait être observée, tout comme at(515)(q32q22.31), t(213)(q34q31.1) et t(1019)(q25.1q13.33 ). Des translocations équilibrées pouvaient également être observées dans d'autres tumeurs, telles qu'un t(911)(q32q13.2) dans GB238 et un t(X16)(p11.22q22.1) dans AA86 (Fichier supplémentaire 1 : Figures S1–S4). De plus, des chromosomes dérivés générés à partir de translocations déséquilibrées ont pu être observés dans l'échantillon d'astrocytome anaplasique, AA86. Ceux-ci se présentent sous forme de blocs uniques d'interactions, en l'occurrence les chromosomes 911 et 1018, par opposition à l'apparence en papillon de réarrangements équilibrés (Fichier supplémentaire 1 : Figure S4).

Tumeur GB176. une Carte de chaleur et des cartes thermiques partielles de la tumeur GB176 montrant certains des réarrangements présents dans cette tumeur. b Hi-C « autres extrémités » des régions distales et proximales du point de cassure suspecté sur le chromosome 1 (Haut) et le chromosome 20 (bas) montrant les régions des points d'arrêt. Une chute brutale du nombre de lectures peut être observée lorsque le chromosome restant n'est pas impliqué dans la translocation et n'est donc pas en cis. c La gauche: Réaction en chaîne par polymérase (PCR) sur l'ADN tumoral et sanguin de GB176 montrant les produits d'amplification des deux chromosomes dérivés, indiquant une translocation équilibrée. Droit: Résultats de BLAT à partir d'amplicons PCR spécifiques à la tumeur séquencés montrant les régions de points de rupture sur le chromosome 1 (Haut) et 20 (bas). Les lacunes dans les résultats BLAT montrent des suppressions aux points de rupture de translocation

Certaines cartes thermiques tumorales ont montré des chromosomes impliqués dans des réarrangements avec plus d'un chromosome partenaire. Comme il y a généralement plus d'un chromosome par cellule, il se peut que chacun soit impliqué dans des réarrangements distincts - par exemple, les réarrangements 27 et 213 dans GB176 ne semblent pas être associés car ils ne partagent pas de blocs d'interaction ou de points de rupture communs. Cependant, dans les cas où les points de rupture semblent être les mêmes, ou lorsque des blocs d'interaction apparaissent entre plusieurs chromosomes (par exemple, les régions des chromosomes 7, 8 et 17 interagissent toutes les unes avec les autres dans GB176, voir le fichier supplémentaire 1 : Figure S5), il est probable que des réarrangements complexes à trois voies se produisent. Cette situation pouvait également être observée dans les tumeurs GB182, GB238 et AA86 (Fichier supplémentaire 1 : Figures S1, S3 et S4).

Certains réarrangements, comme le 614 et le 1218 en GB176, semblaient complexes et impliquaient des inversions aux points d'arrêt. Dans ces cas, le plus grand nombre d'interactions était décalé du point de connexion du « papillon ». En plus des inversions apparentes, il y avait des preuves, sous la forme de lacunes dans les blocs d'interaction ou d'une chute soudaine des interactions, que des suppressions se soient également produites. Par exemple, le réarrangement 614 a montré une chute soudaine des interactions sur le chromosome 6q et des lacunes dans les deux blocs d'interaction, suggérant des délétions sur les deux chromosomes dérivés (Fichier supplémentaire 1 : Figure S6). Des lacunes similaires ont également pu être observées dans les réarrangements 717 et 817 dans GB176, donnant aux blocs d'interaction un aspect rayé frappant.

Un réarrangement dans GB176, à savoir le t(120)(p13.1p12.1), a été examiné plus en détail. En sélectionnant les points de connexion du papillon sur la carte thermique, les coordonnées approximatives des points d'arrêt ont été déduites. L'analyse des interactions des régions juste proximales/distales à celles-ci a montré cis interactions mais aussi trans interactions sur le chromosome partenaire du réarrangement. A un certain moment, le trans les interactions ont chuté soudainement en raison du reste de ce chromosome n'étant pas impliqué dans la translocation (Fig. 3b). Cela a permis de déterminer les points de rupture à un ou deux fragments HindIII près. Dans le t(120), le point de rupture du chromosome 1 était dans un seul fragment de restriction, d'environ 1,2 kb (chr1:64471372-64472588, GRCh37), dans le ROR1 gène. Le point de rupture du chromosome 20 se trouvait dans deux fragments de restriction adjacents (chr20:14895015-14895976 et chr20:14895977-14903670, GRCh37), une région d'environ 8,6 kb dans un intron du grand MACROD2 gène.

Pour tenter de cartographier les points de rupture à la résolution des pb, nous avons conçu des amorces de réaction en chaîne par polymérase (PCR) pour amplifier les régions de points de rupture suspectées sur les chromosomes 1 et 20. En combinant des amorces directes et inverses de différents chromosomes, un produit ne pouvait être obtenu que si les des chromosomes dérivés étaient présents. De plus, pour confirmer que le réarrangement était spécifique de la tumeur et non constitutionnel, l'ADN de la tumeur a été analysé avec celui du sang périphérique du même patient. L'amplification des chromosomes normaux a pu être observée dans les deux ensembles d'ADN, mais l'ADN tumoral a également généré des produits pour les deux chromosomes dérivés 1 et 20. Le séquençage des fragments de PCR a identifié des points de rupture dans l'intron 1 de ROR1 et intron 4 de MACROD2 (entrant également dans MACROD2-AS1, un ARN antisens du gène) et a montré que, par rapport à la séquence de référence, une délétion de 1 pb s'était produite au point de cassure sur le chromosome 1 (chr1 :64472097, GRCh37) et 12 pb avaient été délétées sur le chromosome 20 (chr20 : 14895406-14895417, GRCh37) (Fig. 3c). Le résultat de cette translocation équilibrée est donc une fusion réciproque entre les ROR1 et MACROD2 gènes.

Génération de graphiques de score de couplage

Pour déterminer si nous pouvions confirmer la présence de réarrangements en utilisant une approche autre que l'inspection visuelle du nombre d'interactions sur une carte thermique Hi-C, nous avons généré des tracés de densité de liaison pour les données Hi-C dans une méthode similaire à celle de Burton et al. . utilisé pour valider les translocations dans la lignée cellulaire HeLa [16]. Pour ce faire, nous avons divisé le génome en bacs d'environ 500 kb et calculé les scores d'interaction par paires entre tous les bacs. Pour corriger les biais Hi-C qui se produisent en raison du fait que les lectures ne sont disponibles qu'à une certaine distance des sites de restriction HindIII, chaque score d'interaction a été normalisé par le nombre de sites HindIII contenus dans ce bac. Cela a produit un score de liaison pour chaque bin à chaque autre bin dans le génome et a permis de déterminer les bins avec des scores de liaison élevés. Ces bacs à score élevé étaient ceux situés à proximité cis (comme on pouvait s'y attendre) et aussi des blocs de bacs qui avaient des scores plus élevés que les zones environnantes. Ceux-ci correspondaient à des réarrangements suspectés des cartes thermiques d'interaction Hi-C et des bacs avec les scores les plus élevés étaient situés à/près des points de rupture de réarrangement suspectés. Tous ces groupes représentent des scores de densité de couplage supérieurs au 99e centile des densités de couplage globales (le 1 % supérieur des valeurs). For ease of comparison, normalised linkage densities were plotted into genome-wide chromosome heatmaps, similar to those obtained from standard Hi-C interaction data (Fig. 4 and Additional file 1: Figures S7 and S8). In this initial study, rearrangements were determined by visual inspection of interaction heatmaps and linkage plots, where rearrangements between chromosomes could clearly be determined. In the linkage data, these rearrangements could also be seen as multiple consecutive interchromosomal bins of linkage scores in the top 1% of all values. Work is now underway to develop an algorithm to computationally detect these rearrangements.

Hi-C and normalised linkage density heatmaps for tumour GB176. une Hi-C interaction carte de chaleur generated using 500 kb probe size. b Carte de chaleur of normalised linkage densities at 500 kb resolution. c Examples of enlarged regions of both heatmaps showing the rearrangements involving chromosomes 2 and 7 (la gauche) and chromosomes 2 and 13 (droit)

Tumour GB176 showed a number of regions with high normalised linkage densities, many of which appeared on the heatmap to have a similar ‘butterfly’ appearance to those seen on the Hi-C interaction heatmap. Lines showing high linkage scores could also be seen on chromosome 7. Placing the linkage plot next to the Hi-C interaction heatmap showed that rearrangements suspected from visual inspection of Hi-C interaction heatmaps could be confirmed computationally, via calculation of normalised linkage matrices across the genome (Fig. 4). Similar confirmatory results were seen for the other five tumours (Additional file 1: Figures S7 and S8).

Copy number information

In addition to chromosome rearrangements, copy number changes are both prevalent and important in cancer. To determine whether we could extract copy number information from the Hi-C data we had already generated, we treated it in a manner similar to shallow whole-genome sequencing (sWGS), though with some modifications to the Hi-C data, and processed both sets of data through the same copy number pipeline (QDNAseq). QDNAseq provides copy number information from DNA samples without the requirement for a reference and includes steps to correct for issues caused by mappability and GC content and also blacklists a set of genomic regions known to be problematic in copy number analyses. The output of QDNAseq is read counts per bin, which have been corrected, filtered, normalised and log2-transformed [27].

As mentioned above, due to the nature of Hi-C data, only regions of the genome that are situated around HindIII restriction sites will be captured. This introduces a bias into sequencing data obtained via Hi-C as compared to standard sWGS data. To correct for this, once the Hi-C data had been run through the QDNAseq pipeline, each resulting bin was divided by the number of HindIII restriction sites that it contained, effectively normalising for this bias.

For the six tumour samples, segmented QDNAseq outputs (autosomes only) obtained from Hi-C and sWGS data were compared to determine their concordance. At a bin size of 100 kb, the two sets of data showed correlation coefficient (r) values in the range of 0.93–0.99 (p < 0.01) (Table 1), with r values between non-related samples not exceeding 0.68 (Additional file 1: Figure S9). In order to exclude any regions that showed consistent large changes between the two sets of results, the difference between Hi-C and sWGS output values was determined for each bin and the total difference (i.e. the sum of the differences for all six tumours) calculated. Two different thresholds of exclusion were applied to the data – namely the 99.9th and 99.5th percentiles – with all values above these being excluded from correlation analyses. The 99.9th percentile cutoff removed 31 of 28,822 100 kb bins (Additional file 2: Table S1) and produced r values in the range of 0.94–0.99 (p < 0.01) for segmented outputs (Table 1 and Additional file 1: Figure S10). There were 155 bins above the 99.5th percentile cutoff (Additional file 3: Table S2) and r values for segmented outputs did not differ from above (Table 1 and Additional file 1: Figure S11). These excluded regions do not therefore significantly contribute to noise in the Hi-C samples and only marginally affect the correlation between the Hi-C and sWGS QDNAseq data. We therefore decided to remove only the most variable regions and used the 99.9th percentile for our data (Additional file 4: Table S3).

Using the 99.9th percentile cutoff, QDNAseq results using Hi-C data and those using sWGS were highly concordant. Five of the six samples had r values of 0.97 or higher with one sample being slightly lower (r = 0.94 in GB183). Glioblastomas are highly heterogeneous cancers with considerable genetic heterogeneity observed between multiple sampling sites from within the same tumour [28]. It should be noted that while the samples taken for Hi-C and sWGS, were obtained from the same piece of excised tumour, they were collected from different sampling sites leaving open the possibility that tumour heterogeneity could explain the slightly lower correlation values in tumour GB183.

We show that Hi-C data can be used to detect alterations in copy number, without the need for a reference, using the QDNAseq pipeline, with only slight modifications to correct for inherent Hi-C biases. Copy number analyses of the six brain tumours using both sWGS and Hi-C confirmed amplifications of the EGFR region on chromosome 7 in GB176, GB180 and GB182, as suggested by the Hi-C interaction data. The amplifications of chromosome 12 in GB180 were also confirmed. Gain of chromosome 7, a hallmark of glioblastomas [25, 26, 29], was detected in all glioblastoma samples (those with a GB prefix) but not the anaplastic astrocytoma, AA86. Other known aberrations, such as loss of chromosome 10, were also observed and deletion of the tumour suppressor gene CDKN2A on chromosome 9p21.3, was seen in all tumours except GB180 (Additional file 4: Table S3).


Philadelphia Chromosome (PH) (Philadelphia Translocation, PH and Chronic Myeloid Leukemia – CML)

Translocation is a type of structural aberration of the chromosome where a segment of chromosome gets translocated to another chromosome. There may be deux types of translocation based on the nature of the exchange. Elles sont:

(1). Homologous Translocation

(2). Heterologous Translocation

Dans homologous translocation, the exchange of chromosomal segments occurs between the homologous chromosomes. In heterologous translocation, the chromosomal segments are exchanged between non-homologous chromosomes. Les heterologous translocation in most of the cases will be a reciprocal translocation (exchange of segments between chromosomes).

Translocation causes ‘Position Effect’

The translocation of chromosomes leads to a phenomenon in molecular genetics called the ‘Position Effect’. The position effect is the change in the expression pattern of a gene due to its current position in the chromosome. For example, a normally active gene may be converted to an inactive gene when it is translocated into a new position or vice versa.

Philadelphia Chromosome is formed by a Heterologous Reciprocal Translocation

The Philadelphia Translocation is the most studied chromosomal translocation process in human. It was first described in crême Philadelphia (hence the name) in 1959 by David A. Hungerford and Peter Nowell.

The Philadelphia translocation is a heterologous and reciprocal translocation in which the chromosome segments are exchanged between chromosome-9 et chromosome-22. A short portion of the q arm of chromosome-9 is translocated into the q-arm of chromosome-22. Similarly, a portion from the chromosome-22 is translocated into the chromosome-9. Thus due to this translocation, two chimeric chromosomes are produced, a large chromosome-9 and a short chromosome-22. The short chromosome-22 is called the Philadelphia Chromosome ou PH.

Philadelphia Translocation Creates a Hybrid Oncogene in Human cause CML

Patients with the Philadelphia chromosome develop leukemia cancer, particularly Chronic Myelogenous Leukemia (CML). The exact reason for this cancer development is the formation of a hybrid oncogene due to the Philadelphia translocation.

Genetic consequences of Philadelphia Translocation

The Philadelphia translocation is too small to be visible in the usual caryotype les préparatifs. The size of the translocated segment of chromosome-9 is

5000 kb. This 5000 kb region of chromosome-9 contains a gene called ‘ABL1. In Philadelphia translocation, the ABL1 region of chromosome-9 is inserted into the ‘RBC’ region of the chromosome-22. The BCR region (Break-point Cluster Region) is about 5.8 kb in size located in the chromosome-22 where the breakpoint occurs. Thus, after Philadelphia translocation, the ABL1 gene of the chromosome-9 is juxtaposed onto the BCR gene on the chromosome 22. This creates an oncogenic BCR-ABL chimeric gene which on expression produces a hybrid protein called Bcr-abl fusion protein. Based on the exact point of the breakage, the Bcr-abl fusion protein may be 185 to 210 kDa in weight.

Bcr-abl Fusion Protein is a Continuously Expressed Tyrosine Kinase Enzyme

The Bcr-abl fusion protein is oncogenic. In normal cells, the ABL1 gene produces a membrane associated tyrosine kinase enzyme whose activity is strictly regulated by an auto-regulatory mechanism. The Bcr-abl fusion gene also produces (Bcr-abl fusion protein) a tyrosine kinase enzyme. However, the Bcr-abl fusion protein lacks the auto-regulatory mechanism and thus it is always ‘kept on’ or continuously expressed. The continuous expression of Bcr-abl fusion protein activated cell proliferation leading to the unregulated division of cells and ultimately cancer.

In Bcr-abl fusion protein, the N-terminal sequence is derived from the BCR gene. This change in the N-terminus region is the reason for its oncogenic properties. The change in the N-terminal region of the Bcr-abl protein due to the Philadelphia translocation over activates the tyrosine kinase activity and thus it become oncogenic. The Bcr-abl fusion protein can activate the Ras pathway in the cell to activate its transformation into cancerous cells.