Introduction
Le taux élevé d'échecs du développement embryonnaire chez l'espèce humaine constitue un défi majeur. Les anomalies chromosomiques sont une cause importante de fausses couches spontanées. L'avènement des techniques d'assistance médicale à la procréation (AMP) a permis de mieux comprendre l'origine de ces anomalies en les étudiant plus tôt, au niveau des embryons préimplantatoires. Ces études ont révélé un taux élevé d'anomalies chromosomiques (50 %) dans les embryons conçus. Deux mécanismes principaux sont impliqués dans la genèse des aneuploïdies ovocytaires : la non-disjonction méiotique (NDM) et la séparation prématurée des chromatides sœurs (SPCS). L'analyse du premier globule polaire (1er GP), une cellule complémentaire de l'ovocyte lors de la méiose, peut être réalisée par hybridation fluorescente in situ (FISH) avant l'injection intra-cytoplasmique de spermatozoïdes (ICSI).
Contexte et Enjeux de la Reproduction Humaine
La reproduction humaine se distingue par un faible rendement, principalement en raison des échecs fréquents du développement embryonnaire. Depuis plus de trente ans, de nombreuses études ont cherché à élucider cette spécificité, et les techniques de fécondation in vitro (FIV) ont permis d'approcher les mécanismes sous-jacents.
H. Leridon a mis en évidence une forte mortalité prénatale chez l'espèce humaine. J.G. et A. Boué ont démontré que 60 % des échecs de reproduction sont liés à des anomalies chromosomiques, notamment des trisomies (présence d'un chromosome en trois exemplaires au lieu de deux). Les monosomies, bien que présentes, conduisent souvent à des fausses couches précoces. Il est admis que l'organisme peut tolérer un déséquilibre limité de son génome (1 % en cas de monosomie et 3 % en cas de trisomie).
L'origine des aneuploïdies a été étudiée, révélant une prédominance maternelle. Selon T. Hassold, la majorité des trisomies 13, 18, 21 et 16 sont d'origine maternelle.
Diagnostic Génétique Préimplantatoire et Globules Polaires
Les techniques de fécondation in vitro ont ouvert de nouvelles perspectives dans l'étude de la fécondation et du développement embryonnaire précoce. Différents scores de morphologie embryonnaire ont été proposés, mais leur valeur prédictive reste limitée, car les anomalies chromosomiques ne se traduisent pas toujours par des anomalies morphologiques à ce stade.
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Le diagnostic génétique sur cellule unique a permis de réaliser les premiers diagnostics préimplantatoires (DPI). Les premières approches ont été réalisées sur le globule polaire (GP), issu de la méiose féminine. Le premier GP provient de la division réductionnelle (première division méiotique), tandis que le deuxième GP provient de la division équationnelle (deuxième division méiotique). Le cytoplasme et les réserves sont conservés dans l'ovocyte.
En raison de la complexité du diagnostic sur GP, cette approche a été délaissée au profit du diagnostic sur embryon (DPI). De vastes études ont révélé une forte proportion d'anomalies chromosomiques dans les populations à risque, avec des taux atteignant 70 % lorsque de nombreux chromosomes sont étudiés.
Il a été constaté qu'environ 65 % des ovocytes sont fécondés lors de la FIV. Les ovocytes non fécondés sont souvent détruits, mais certaines équipes les ont utilisés pour établir leur caryotype. Ces études ont révélé la présence d'anomalies chromosomiques dans les ovocytes non fécondés (20 %), quel que soit l'âge de la patiente, bien que seulement 50 % des ovocytes aient un résultat interprétable.
L'analyse des globules polaires présente l'avantage de refléter la composition chromosomique de l'ovocyte. L'étude du premier GP permet d'analyser la totalité ou une grande partie de la cohorte ovocytaire, et pas seulement les ovocytes ayant évolué en embryons.
Mécanismes des Aneuploïdies Ovocytaires
Deux mécanismes principaux sont impliqués dans la survenue des anomalies ovocytaires : la non-disjonction méiotique (NDM) et la séparation prématurée des chromatides sœurs (SPCS) durant la première division méiotique.
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Une étude de Pellestor et al., portant sur 1397 caryotypes d'ovocytes non fécondés après FIV, a montré que la SPCS est le mécanisme le plus fréquemment impliqué dans l'apparition des aneuploïdies. La SPCS semble également plus liée à l'âge de la patiente que la malségrégation.
Cependant, la population d'ovocytes étudiés dans ces séries peut être biaisée, car les résultats sont obtenus sur des ovocytes non fécondés après FIV, potentiellement plus susceptibles de présenter une anomalie. Une influence de la durée de la culture sur le vieillissement d'un ovocyte in vitro, conduisant à des SPCS, peut également être envisagée.
Une étude récente, basée sur l'analyse du premier et du deuxième globule polaire chez des femmes de plus de 35 ans, a confirmé le rôle prépondérant des SPCS dans la survenue des aneuploïdies fœtales.
Il est important de noter que certaines études effectuent les analyses après 48 heures de culture in vitro (ovocytes non fécondés) ou 24 heures (ovocytes fécondés montrant le second globule polaire et un premier GP "vieilli"). L'utilisation d'ovocytes frais, immédiatement après le recueil, permet de limiter l'influence de la culture in vitro.
Facteurs de Majoration des Aneuploïdies
L'âge Maternel
L'âge maternel est le seul facteur étiologique d'aneuploïdie reconnu à ce jour. Le DPI est proposé aux femmes de plus de 35 ou 38 ans afin de diagnostiquer plus précocement ces aneuploïdies. Cette technique devrait permettre de détecter le risque chromosomique chez les patientes âgées ayant recours à l'AMP.
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Malgré les résultats favorables des premières études montrant des taux d'anomalies chromosomiques supérieurs à 40 % avec cinq chromosomes analysés, une étude randomisée récente n'a pas montré de bénéfice en termes de taux de grossesse.
En France, le DPI n'est pas autorisé dans cette situation à risque chromosomique élevé, car seuls les couples porteurs d'une anomalie génétique identifiée y ont légalement accès. Le diagnostic préconceptionnel (DPC) sur le premier globule polaire, portant sur un gamète et non un embryon, n'est pas interdit.
Une étude a été menée sur des cohortes de complexes "ovocyte-premier globule polaire" dans le cadre d'un protocole de recherche. L'un des objectifs était de mieux comprendre le mécanisme à l'origine de l'éventuelle aneuploïdie ovocytaire. Dans cette série, comportant des patientes ayant un âge moyen de 40 ans, 38,5 % des globules polaires étaient anormaux et la SPCS représentait 80 % des anomalies.
Les Couples en Échec d'Implantation
Les patientes en échec d'implantation constituent un autre groupe à risque accru d'anomalies chromosomiques. Ces échecs sont souvent d'origine chromosomique, et les programmes de DPI à l'étranger ont confirmé une augmentation du taux d'aneuploïdies embryonnaires.
L'interdiction du DPI en France a conduit à proposer à ces couples un diagnostic sur globule polaire. Dans une série, 43,5 % des globules polaires étaient anormaux et 143 anomalies ont été retrouvées. Les deux mécanismes à l'origine des aneuploïdies (NDM et SPCS) sont à peu près équivalents en fréquence. Ces résultats sont comparables à ceux de F. Pellestor chez les femmes de moins de 35 ans.
Ces résultats confirment le rôle important des anomalies chromosomiques dans les échecs d'implantation dans une population de femmes d'âge moyen de 36 ans. Un taux d'anomalies ovocytaires proche de la population générale permet d'écarter une cause chromosomique, tandis qu'un taux plus élevé suggère une cause chromosomique pour l'échec d'implantation.
Dans ce groupe, contrairement au groupe des femmes âgées, les SPCS et les non-disjonctions (NDM) sont équivalents en fréquence. Une altération des mécanismes de ségrégation des quadrivalents, suite à un mauvais appariement, peut être envisagée chez ces patientes.
Mécanismes Moléculaires et Contrôle de la Méiose
Durant la méiose, la cohésion entre les chromatides sœurs implique des protéines appelées cohésines. Pendant la transition métaphase/anaphase, ces protéines se clivent, entraînant la ségrégation chromosomique. Une dégradation prématurée ou un défaut partiel de ces protéines pourrait entraîner une SPCS.
Une relation entre des petites séquences d'ADN alphoïde et des anomalies de la méiose I, en particulier du chromosome 21, a été démontrée. Cette réduction des séquences pourrait affecter l'association ADN-protéine au niveau des centromères et altérer la cohésion des chromatides sœurs.
Il a également été montré que le contrôle des "checkpoints" durant la transition métaphase/anaphase est moins efficace chez la femme que chez l'homme, et que les ARN messagers des protéines impliquées dans ce contrôle subissent une dégradation en fonction de l'âge.
Intérêt Diagnostique et Pronostique de l'Analyse du Globule Polaire
L'analyse du globule polaire apporte des informations sur les mécanismes des aneuploïdies de la première division méiotique (non-disjonction méiotique et séparation prématurée des chromatides sœurs). Cependant, il est important de noter que ces anomalies ne représentent que 70 % des aneuploïdies d'origine maternelle.
Toutes les techniques (analyse du premier GP, analyse du premier et du deuxième GP, analyse des blastomères) ont leurs avantages et leurs inconvénients. L'analyse du 1er GP n'explore que la première division méiotique, tandis que l'analyse des 2 GP n'est possible qu'après fécondation et est réalisée sur un premier GP vieilli, avec un risque de lyse accru.
L'intérêt diagnostique et pronostique de l'analyse du premier globule polaire est important pour l'évaluation du taux d'aneuploïdies ovocytaire. Un taux d'anomalies supérieur à 2/3 de l'effectif d'une cohorte a valeur de mauvais pronostic à l'égard d'une tentative ultérieure de FIV. Il serait intéressant de compléter ces données par une étude de la constance du taux d'anomalies ovocytaires d'un cycle à l'autre chez des patientes ayant bénéficié de deux tentatives de ce type.
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