C’est l’histoire d’une Chinoise de 34 ans qui consulte pour une amniocentèse à 19 semaines d’aménorrhée. Elle en est à sa cinquième grossesse, les précédentes ayant abouti à un enfant en bonne santé, une interruption volontaire de grossesse et deux fausses couches.
Les deux premières échographies réalisées pour cette grossesse ont montré la présence d’un embryon viable ainsi qu’une zone dans la cavité utérine qui ne renvoie pas les ultrasons, ce qui pourrait correspondre à la présence d’un embryon mort (du fait d’une grossesse qui se serait interrompue) ou à une accumulation de liquide. Une troisième échographie, réalisée à la 12e semaine de grossesse, montre la présence d’un seul fœtus vivant.
Lors de l’amniocentèse, 22 mL de liquide amniotique sont prélevés et placés dans six tubes. Les tubes sont conservés au réfrigérateur, entre 2° C et 8° C. Deux autres tubes de 5 ml vont servir à déterminer le nombre et la forme des chromosomes du fœtus et établir ce que l’on appelle le caryotype.
Deux autres tubes de 3 mL sont utilisés pour une analyse d’éventuels déséquilibres du génome, appelés variations du nombre de copies (CNV). Il s’agit de déterminer s’il existe des pertes ou des doublons de matériel génétique, autrement dit des délétions ou des duplications de régions du génome. Il s’agit également d’amplifier par PCR des séquences hautement polymorphes de l’ADN, appelées STR (short tandem repeats), afin de mieux les analyser. Ces marqueurs STR, également appelés microsatellites, sont positionnés à intervalles réguliers dans le génome. À chaque emplacement analysé, on s’attend à trouver un allèle STR provenant du père, un autre de la mère.
Le caryotype obtenu par l’analyse des cellules fœtales du prélèvement amniotique est normal : 46, XY, ce qui signifie que l’enfant possède 46 chromosomes, dont un chromosome X et un chromosome Y. C’est donc un garçon. De même, l’analyse des variations CNV ne détecte pas de déséquilibres du génome.
Malgré tout, certains résultats intriguent bigrement les généticiens. En effet, l’analyse des marqueurs STR diffère entre les deux tubes analysés.
Un profil ADN est déterminé par l’analyse de plusieurs marqueurs STR. Dans un test de paternité, l’analyse cherche les correspondances entre les allèles du père présumé et ceux de l’enfant. De même, un test de maternité est concluant lorsque les allèles maternels sont présents dans le génome de l’enfant. Celui-ci doit en effet recevoir un allèle STR de sa mère et de son père à chacun des emplacements analysés dans son génome. En d’autres termes, on ne peut conclure à une relation de filiation que lorsque l’analyse STR de l’enfant correspond à celle du père et de la mère à quasiment tous les emplacements analysés.
Or, les chercheurs n’observent dans le premier prélèvement une correspondance des allèles maternels et paternels que pour 11 des 20 marqueurs STR analysés. Dans les 9 autres emplacements STR, on ne retrouve qu’un seul allèle. De même, dans le deuxième prélèvement, les deux allèles des parents ne sont identifiés que dans seulement 13 des 20 marqueurs STR, les 7 autres ne comportent qu’un seul allèle. Les résultats du profil STR effectué à partir de ces deux prélèvements devraient pourtant être rigoureusement identiques dans la mesure où les échantillons proviennent du même enfant.
La première réaction des biologistes est d’évoquer une mauvaise manipulation des tubes, un des tubes devant provenir d’un autre enfant. Mais après avoir examiné les prélèvements, il s’avère qu’il n’y a pas eu de mauvais étiquetage.
Une analyse des marqueurs STR est alors réalisée sur les deux tubes conservés au réfrigérateur. Là encore, les résultats diffèrent entre les tubes. Un tube correspond aux résultats du premier échantillon, tandis que l’autre donne les mêmes résultats que ceux obtenus sur le second prélèvement. Le personnel du laboratoire décide alors de réanalyser le génome des parents à partir de nouveaux prélèvements sanguins.
Après comparaison des allèles STR des membres de la famille, les résultats montrent que certains allèles du premier et du second échantillon de liquide amniotique proviennent soit de la mère, soit du père, comme on s’y attendait. En revanche, dans ces deux échantillons, certains allèles STR fœtaux ne proviennent ni de sa mère, ni de son père, mais de deux sources complètement différentes.
Au total, l’analyse des marqueurs STR montre donc que les allèles présents dans les deux prélèvements analysés proviennent de la mère, du père, mais également de deux autres individus totalement différents. Ce qui signifie que l’on retrouve dans un même fœtus quatre origines génétiques différentes.
Mais comment l’analyse des marqueurs STR de deux échantillons de liquide amniotique, prélevés à moins d’une minute d’intervalle à partir d’un même point de ponction, peut-elle entraîner des résultats aussi divergents, alors même que deux autres examens génétiques (caryotype et détection des CNV) ne montrent aucune anomalie ?
Souvenez-vous, deux échographies réalisées en début de grossesse avaient mis en évidence ce qui pouvait être une seconde grossesse interrompue. Le fœtus viable a donc poursuivi sa croissance tandis que son jumeau n’a pas eu cette chance et est mort in utero.
Cette femme a donné naissance, à terme, à un enfant normal d’un poids de 3,3 kg.
Les chercheurs pensent que le fœtus viable est le résultat de la fusion de deux embryons (chacun de formule chromosomique normale 46,XY) à un stade très précoce de leur développement. Ceci se produit lorsque deux ovules sont fécondés par deux spermatozoïdes, puis lorsque ces deux œufs fécondés (zygotes) fusionnent en un seul embryon.
Chimérisme tétragamétique
Du fait que la fusion de cellules provenant de deux embryons implique la participation de quatre gamètes (deux ovocytes et deux spermatozoïdes), ce type de chimérisme est appelé tétragamétique (ou parfois dispermique).
Ce cas exceptionnel de chimérisme tétragamétique, issu de la fusion de deux embryons 46,XY, a été rapporté le 12 février 2024 dans la revue en ligne BMC Pregnancy and Childbirth par des chercheurs du département de génétique médicale et du centre de diagnostic prénatal de l’université du Sichuan à Chengdu (province du Sichuan). L’enfant, dont la naissance est rapportée dans l’article, provient donc d’un embryon issu de la fusion précoce de deux œufs fécondés différents et composé d’un mélange de deux lignées cellulaires génétiquement distinctes.
Le chimérisme tétragamétique est rare. Il ne concerne pas seulement l’espèce humaine, mais a également été décrit chez la souris, le chat, le bélier, le vison, le cheval, la chèvre.
Cependant, la plupart des cas humains de chimérisme restent méconnus. Comme dans le cas évoqué ci-dessus, il arrive qu’un des jumeaux meure et disparaisse ou qu’il soit englobé dans l’autre, partiellement ou totalement, avec pour conséquence qu’une grossesse initialement gémellaire devienne une grossesse unique. Ce phénomène, qu’on appelle le syndrome du jumeau perdu ou du jumeau évanescent (vanishing twin syndrome, en anglais), survient au cours du premier trimestre de la grossesse. Il surviendrait dans 36 % des grossesses gémellaires et dans la moitié des grossesses comportant trois embryons ou plus.
Dans ce cas, le chimérisme résulte du fait que le fœtus survivant absorbe le fœtus mort. Ce phénomène est donc défini par le fait qu’un organisme est composé de deux populations de cellules génétiquement distinctes après que les deux embryons ont fusionné précocement au cours de leur développement.
Le chimérisme a plus de chance d’être découvert quand la fusion survient entre un embryon de formule chromosomique XY (mâle) et un embryon XX (femelle) qu’en cas de fusion entre deux embryons de même sexe. En effet, l’enfant peut alors présenter des anomalies des organes génitaux externes.
Des anomalies chromosomiques (présence de certains chromosomes supplémentaires, comme le 21 ou Y) ont été décrites chez des individus présentant un chimérisme. Rien de tel n’a été observé par les chercheurs chinois. Il est donc théoriquement possible que l’enfant, né à terme, ne développera pas d’anomalie morphologique d’origine chromosomique après la naissance. Les nombreuses échographies anténatales n’avaient rien montré de suspect. À ce jour, le suivi de cet enfant n’a d’ailleurs pas montré d’anomalie.
L’observation des chercheurs chinois souligne à quel point le chimérisme peut produire de curieux résultats, source majeure de confusion en paternité. En la matière, un cas emblématique a été rapporté en 2023 par des chercheurs russes dans l’European Journal of Medical Genetics. L’histoire concerne un couple marié qui, cherchant à avoir un enfant, a contacté une clinique russe spécialisée dans les techniques de fécondation in vitro (FIV).
Les protagonistes sont une femme de 34 ans et un homme de 57 ans. La FIV reposait sur la technique d’injection intra-cytoplasmique de spermatozoïde (ICSI), qui consiste à féconder en laboratoire l’ovule de la femme par l’injection directe d’un spermatozoïde.
Après fécondation, l’embryon a été implanté dans l’utérus d’une femme porteuse qui a accouché d’un petit garçon en bonne santé à l’été 2021. Ce couple étranger a alors contacté un laboratoire pour réaliser un test ADN de filiation, ce qui est une obligation légale en Russie pour qu’ils obtiennent la garde de l’enfant né à la suite d’une maternité « de substitution », mais également pour remplir les documents de voyage réclamés par l’ambassade afin que l’enfant puisse être ramené dans le pays d’origine des parents.
Pour conduire ce test de paternité, le laboratoire de génétique de Tver (nord-ouest de Moscou) va analyser l’ADN de l’enfant et de ses parents. Chez le bébé, un prélèvement buccal permet de collecter du matériel génétique, tandis que l’on prélève du sang des parents. Un échantillon de sperme du mari est également demandé à la clinique FIV pour analyse.
Les résultats du test de paternité déconcertent les techniciens. En effet, la comparaison des profils ADN du mari, de sa femme et de l’enfant montre que le profil STR du bébé ne comporte pas des combinaisons de gènes (allèles) devant pourtant obligatoirement être présents à six emplacements (loci). Il existe donc ce que l’on appelle une divergence de paternité. En d’autres termes, cet enfant n’a pu être engendré que par une autre personne que le mari de sa mère. Ainsi, si l’on en croit les résultats du laboratoire, l’homme censé être son père n’est pas son père biologique.
On rappelle que l’analyse STR consiste à comparer un grand nombre d’emplacements (loci) spécifiques dans l’ADN afin d’établir ou d’exclure un lien de paternité. Habituellement, une discordance sur trois loci est suffisante pour exclure un tel lien.
Au vu de ces résultats, on cherche à comprendre et l’on évoque une erreur de manipulation du sperme, un mélange d’échantillons de sperme. Une autre possibilité serait que le père soit une chimère tétragamétique. En d’autres termes, que le mari soit issu de la fusion de deux embryons provenant de deux fécondations séparées. Dans un tel cas, si des cellules des deux embryons contribuent à la formation des gamètes, des spermatozoïdes, génétiquement distincts, sont alors produits.
Afin de confirmer que le père de l’enfant est bien une chimère tétragamétique, et donc exclure toute erreur de la clinique FIV, des analyses génétiques supplémentaires sont entreprises. Il s’agit de déterminer le profil STR du mari afin de comprendre la répartition du chimérisme dans les différents tissus de son organisme.
Des prises de sang et des prélèvements buccaux, de sperme, de cheveux avec leurs follicules, des coupures d’ongles et de cérumen du mari sont collectés aux fins d’analyse STR. Les résultats sont sans appel : tous ces échantillons comportent un mélange de profils STR différents, ce qui atteste de la présence de deux lignées cellulaires génétiquement distinctes chez cet homme. Par ailleurs, les résultats du profil STR se basant uniquement sur le chromosome Y confirment que l’ADN de tous les échantillons testés proviennent bien du même homme.
Le père porte en lui l’ADN de son frère jumeau
Le père du bébé est une chimère tétragamétique. L’embryon dont il est issu a fusionné avec son jumeau, mort in utero. Le père renferme en lui son jumeau de même sexe qu’il n’a jamais connu, puisque mort avant de naître.
Cet homme est donc porteur de deux ADN différents, autrement dit de deux génomes. Alors qu’un premier génome avait été détecté dans le sang, l’analyse STR des échantillons de sang, de sperme et d’autres tissus de ce même individu a conduit à la découverte de la présence d’un second génome dans son organisme. Ce sont donc ces multiples prélèvements cellulaires provenant du mari qui ont permis de confirmer qu’il était une chimère et prouver qu’il était bien le père biologique de l’enfant. Celui-ci a été conçu avec un spermatozoïde dont l’ADN était celui du second génome de son père.
Ces résultats ayant permis de lever le doute sur la filiation entre le père et son enfant, toute la famille a finalement été légalement autorisée à quitter la Russie et à regagner son pays d’origine. On imagine sans peine le drame familial qui en aurait résulté si la génétique n’avait pas permis un tel dénouement.
Comme le soulignent les généticiens russes, « c’est uniquement parce que l’enfant a été conçu par FIV que la divergence de paternité a fait l’objet d’une enquête plus approfondie et que le statut chimérique du père biologique a été révélé. Dans d’autres circonstances, un rapport d’exclusion de paternité aurait sans aucun doute été délivré. On peut donc craindre que de nombreuses exclusions de paternité seraient déclarées à tort alors qu’elles s’expliquent par un chimérisme congénital ». Et d’ajouter que dans la mesure où le chimérisme naturel pourrait affecter jusqu’à 10 % de la population, l’éventualité d’un possible chimérisme devrait toujours être présente à l’esprit du personnel des laboratoires réalisant des tests de paternité.
De la mythologie grecque à la génétique médicale
Dans la mythologie grecque, la chimère est une créature hybride, décrite pour la première fois par Homère dans l’Iliade. Doté d’une tête de lion, d’un corps de chèvre et d’une queue de serpent, le monstre crachait du feu et dévorait les humains. En biologie humaine et animale, une chimère est un individu ou un organisme au sein duquel coexistent deux ou plusieurs populations cellulaires dont les génomes sont différents et qui proviennent de deux ou plusieurs œufs fécondés (zygotes).
Ce chimérisme congénital diffère donc du chimérisme artificiel pouvant être acquis à la suite d’une transfusion sanguine, d’une greffe de moelle osseuse ou d’une transplantation allogénique de cellules souches hématopoïétiques (présentes dans la moelle osseuse d’un donneur et qui sont à l’origine de toutes les cellules du sang).
Il n’a également rien à voir avec le chimérisme partiel (micro-chimérisme) résultant de l’échange transplacentaire fœto-maternel. En effet, des échanges bilatéraux, entre la mère et le fœtus, se produisent au cours de la grossesse. On sait que certaines femmes peuvent héberger des cellules XY d’un fœtus masculin dans leur sang pendant de longues années. De même, des études récentes ont révélé que certains individus conservent des traces de microchimérisme maternel à l’âge adulte.
Surtout, le chimérisme diffère du mosaïcisme. Alors que la mosaïque désigne un individu, ou un organisme, au sein duquel coexistent deux ou plusieurs populations cellulaires dont les génomes sont différents mais qui proviennent d’un même œuf fécondé (zygote), la chimère a pour origine la fusion de deux zygotes fécondés ou plus.
Une découverte souvent fortuite
La plupart du temps, les découvertes de cas humains de chimérisme sont fortuites, faisant suite à la réalisation d’analyses médicales. Plusieurs cas emblématiques, dont certains ont été relatés dans les médias, méritent d’être racontés.
Les premières chimères humaines ont été décrites il y a environ 70 ans par des médecins. La première chimère humaine issue de la fusion de deux zygotes a été rapportée en 1962. La personne était hermaphrodite, porteuse d’un ovaire et d’un ovotestis (gonade ayant à la fois les caractéristiques d’un testicule et d’un ovaire), avec les yeux vairons, l’un brun foncé et l’autre noisette.
En 1981, des généticiens américains avaient suspecté un cas de chimérisme tétragamétique à partir des résultats des analyses sanguines d’un donneur de sang. Cet homme de groupe sanguin B n’avait pas d’anticorps dirigés contre le groupe A. Normalement, un individu de groupe B possède des anticorps sériques anti-A. Par ailleurs, cet homme possédait, dans d’autres tissus que le sang, de faibles quantités de l’enzyme déterminant l’appartenance au groupe A.
Cet homme avait donc en lui deux lignées cellulaires génétiquement différentes, l’une codant des marqueurs du groupe sanguin B, l’autre des déterminants du groupe A. Il s’est avéré que ce patient était une chimère XX/XY. Alors que la lignée renfermant un génome XY (caractérisant un individu mâle) était celle qui produisait les globules rouges de groupe B, une autre lignée, possédant un génome XX (correspondant à un individu femelle), codait l’enzyme déterminant le groupe A.
Trois mécanismes possibles à l’origine d’une chimère humaine
Trois mécanismes fondamentaux différents peuvent aboutir à la création d’une chimère humaine naturelle. Comme nous l’avons vu, la chimère est dite tétragamétique lorsqu’elle est issue de la fusion de deux zygotes, autrement dit de deux ovules ayant été fécondés par deux spermatozoïdes. Ce mécanisme est de loin le plus fréquent.
Une chimère tétragamétique peut également être le produit d’un autre type de fusion. Pour comprendre, il faut savoir que la maturation de l’ovocyte s’accompagne de la formation de deux autres petites cellules appelées globules polaires. Celles-ci se forment au cours de la deuxième division de maturation (méiose) de l’ovocyte et auquel elles adhèrent.
Les globules polaires disparaissent normalement rapidement après leur apparition, mais il arrive que le deuxième globule polaire soit fécondé par un spermatozoïde.
Lorsque l’ovule est fécondé par un spermatozoïde et que le deuxième globule polaire est fécondé par un autre spermatozoïde, la fusion de ces deux cellules aboutit à la formation d’une chimère tétragamétique.
Il existe un troisième type de chimérisme naturel. Il arrive exceptionnellement que par un mécanisme dit de parthénogenèse, une activation spontanée de l’ovocyte (non fécondé) se produise, conduisant à sa division et donc à la production de deux cellules filles. Si chacune d’elles est par la suite fécondée par un spermatozoïde différent et que ces deux cellules viennent à fusionner, le produit de cette fusion est appelé chimère parthénogénétique (ou trigamétique).
En 2012, des chercheurs de l’université de Séoul (Corée du Sud) ont rapporté dans l’American Journal of Medical Genetics le cas d’un enfant qui présentait à la naissance une ambiguïté des organes génitaux externes. L’analyse génétique a permis d’identifier un cas de fécondation, par deux spermatozoïdes différents, de deux ovocytes identiques issus de l’activation parthénogénétique. Pour chaque emplacement (locus) testé sur les chromosomes de cet enfant, l’analyse a montré la présence de quatre allèles, ce qui indiquait qu’il était porteur de deux lignées cellulaires génétiquement distinctes. En 1995 et 1998, deux cas de chimérisme parthénogénétique avaient déjà été rapportés dans la littérature médicale.
À suivre…
Marc Gozlan (Suivez-moi sur X, Facebook, LinkedIn, Mastodon, BlueSky, et sur mon autre blog ‘Le diabète dans tous ses états‘, consacré aux mille et une facettes du diabète – déjà 64 billets).
Pour en savoir plus :
La totalité des références bibliographiques seront communiquées à l’occasion de la publication de la 2e partie.
