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««e.emsoaale Siperietire ies bibliotheques

Option oonception et gestion de systemes et

reseaux d»informati ona specialisees

UniversiU Claude Bernard Lyon I

D,E»S«S• d'informatique ddCumentaire

LES GEIES BES COLMGESES ET LETOS iHOHALIES

Presente par: Sous la direction de:

Catherine M&Ifll leland OUAZANA

25° Promotion

Annee universitaire:

1988-89

Xj>

5

lcole lationale Superieure dea bibliothkques

Option conception et gestion de aystemes et

reseaux d'infonnati ons spdcialieees

Universiti Glaude Bernard Lyon I

D.E.S.S. d1 infomatique ddComentaire

LES GEMES DES COLLAGENES ET LEUBS ANOMALIES

Presente par:

Catherine MAITRE

25° Promotion

Annee xiniveraitaire:

1988-89

Sous la direction de:

Roland OUAZAEA

PREMIERE PARTIE/ METHODE DE EIGHERGHE I- LE SUJET

A) BXJT DE 1A BEGHEBCHE B) IKTRODUCTIOB DU SUJET c) PRECISION DU SUJET

II- METHODE DE RECHERCHE

A) CHOIX DES IEfSTRUMEHTS B) LA RECHERCHE MANUELLE

1) "bibliographie de depart

2) bibliographies courantes

C) LA RECHERCHE AUTOMATISEE 1) definition des mots-clefs et equation de recherche

e) interrogation des bases de donnees

3) evaluation des resultats

III- OBTENTIOH DES DOCUMENTS PRIMAIRES

DEUXIEME PARTIE/ SYETHESE I- BREF RAPPEL DE LA STRUCTURE DU COLLAGENE

A) DIFFERENTS TYPES DE COLLAGENE

B) STRUCTURE ET SYNTHESE DU COLLAGENE

II- LES GENES CODAET POUR LES CHAINES PRO-ALPHA

A) LOCALISATION

B) STRUCTURE c) EYOLUTION : Quelques hypotheses

III- LES MALADIES HEREDITAIRES DES COLLAGENES

A) LE SYNDROME D'EHLERS-DANLOS 1) expression clinique

2) les anomalies responsables

a. SED type 17

b. SED type VIIB

B) L'0STE0GENESE IMPARFAITE

1) expression clinique

2) les anomalies responsables

a. 01 type II

b. 01 type I

c. 01 type III

d. 01 type IV

C) LE SYNDROME DE MARFAN

TROISIEME PARTIE/ BIBLIOGRAPHIE CLASSEE

2

I-LE SUJET

A) BUT DE LA RECHERCHE

Ce sujet m'a ete propose par Roland Ouazana, maltre de conferences Si 1' universite Claude Bernard Lyon 1. C'est celui d'un cours qu'il donne a des medecins en voie de specialisation dans le cadre du C.E.S. (certificat d'etudes speciales) de genetique du Pr J.M.Robert.

II souhaite le mettre a jour, et c'est dans cette optique que j'ai realise pour lui ce travail.

Quant a moi, j'ai accepte avec interet, ayant une formation initiale scientifique.

B) INTRODUCTION DU SUJET

Le tissu conjonctif est tres repandu dans le corps humain, il forme 1'essentiel de la peau et des structures articulaires comme les tendons, les ligaments, le cartilage; c'est aussi un constituant de la cornee de 1'oeil, des os, des vaisseaux et de nombreuses enveloppes d'organes.

Or le composant principal de ce tissu est une proteine, ou plutot une famille de proteines: les collagenes.

Des anomalies a differents niveaux de la synthese de ces proteines pourront donc avoir des consequences multiples pour tout 1'organisme, qui se traduiront par des maladies tres nombreuses et variees.

Dans ce cadre, notre sujet se limite aux etudes sur la structure, la localisation chromosomique et 1'evolution des genes des differents types de collagene ainsi qu'a 1'identification de defauts au niveau de ces genes, et de leur responsabilite dans certaines maladies hereditaires du tissu conjonctif comme 1'osteogenese imparfaite.

3

Ces dix dernieres arm6es, les progres de la recherche et des techniques en biochimie, en biologie cellulaire et moleculaire, ont permis de faire avancer consid6rablement les connaissances dans ce domaine.

C) PRECISION DU SUJET.

Une premiere approche m'a ete necessaire pour mieux comprendre le sujet, et en particulier pour distinguer les 4 maladies ou, actuellement, un defaut genetique du collagene est en cause.il s'agit de:

- Le syndrome d'Ehlers danlos type IV et VIIB. - L'ost6ogenese imparfaite. - La maladie de Marfan. - Le collagenome cutane familial.

Ceci a ete possible d'abord grace aux explications du Pr Ouazana lors de notre premiere entrevue, et a la lecture de quelques articles qu'il m'a procure.J'ai pu aussi assister a son cours.

Ensuite, en salle de lecture de la bibliotheque universitaire de medecine de Lyon Rockefeller, la consultation de quelques dictionnaires :

- MANUILA et collab.Dictionnaire frangais de medecine et de biologie.Masson, 1970-72.4 volumes.

- Dictionnaire de medecine .Flammarion, 1987. - JABLONSKI S.Illustrated dictionnary of

eponymic diseases and syndromes and their synonyms.Saunders, 1969.

m'a permis:

- De traduire le sujet en anglais. - D'eliminer les synonymes rencontres. En effet

deux maladies etant connues depuis fort longtemps (le syndrome d'ehlers-Danlos, par exemple, a ete decrit pour la premiere fois en 1682!) de nombreux synonymes ont ete utilises au cours de leurs descriptions successives.N'effectuant pas une recherche retrospective, j'ai du eliminer ceux qui ne sont plus usites actuellement.Ainsi j'utiliserai:

Osteogenese imparfaite pour: Syndrome de Lobstein Syndrome de Vrolick Osteopsathyrosis Maladie des os de verre

4

Syndrome d'Ehlers danlos pour: Cutis laxa Syndrome de Meekrin Fibrodysplasie 61astique g6neralisee

II-METHODE DE RECHERCHE

A) CHOIX DES INSTRUMENTS

Plusieurs considerations,liees au sujet,ont guide mon choix.

Ce sujet, je l'ai dit, est l'objet de nombreux travaux depuis une dizaine d'annees.Je m'attends a trouver de nombreux articles recents, actualisant le cours.Certaines caracteristiques communes aux domaines scientifiques font que les periodiques et les congres sont les supports principaux des informations.L'anglais est la langue la plus couramment utilisee dans ces communications.

II s'agira donc articles de periodiques ou des apres 1980 et non seulement en

de rechercher surtout des rapports de congres, publies frangais mais en anglais.

M.Ouazana nous confirme son interet pour ce type de documents et nous indique plus particulierement les publications de certains chercheurs (PROCKOP D.J.,CHU M.-L...) sa preference va a une recherche tendant a etre exhaustive quitte a obtenir de nombreuses references.Tout ceci nous oriente vers une recherche documentaire informatisee.

B)LA RECHERCHE MANUELLE

1.BIBLIOGRAPHIE DE DEPART

Nous recherchons en premier lieu quelques documents faisant le point sur certains aspects de la question et contenant une bibliographie de base:en anglais "review".De tels articles se trouvent:

5

-Dans 1'E.M.C. (encyclop6die medico-chirurgicale). -Dans 1'index medicus (forme papier correspondant a la base de donn6es MEDLINE-d6crite au par.IIC12aj partie "bibliography of medical review"

2.BIBLIOGRAPHIES COURANTES.

La recherche dans les bibliographies courantes specialisees (par ex. 1'index medicus cf Bl) presente 1'avantage d'etre gratuite mais je n'ai pas persevere dans leur consultation a cause de certains inconvenients:

-La perte de temps que cela occasionne, en particulier, pour 1'ann6e en cours, il faut eplucher chaque volume mensuel. -L'impossibilite de croiser plusieurs termes (ex. ici collagene et gene)

C) LA RECHERCHE AUTOMATISEE

1 DEFINITION DES MOTS-CLEFS ET EQUATION DE RECHERCHE

Apres avoir choisi avec M.Ouazana les mots et concepts principaux du sujet, j'ai defini une premiere equation de recherche en anglais:

1 COLLAGEN? OU PROCOLLAGEN? 2 1 ET GENE+ 3 2 ET >1980 4 3 ET EHLERS-DANLOS SYNDROME 5 3 ET OSTEOGENESIS IMPERFECTA 6 3 OU 4 OU 5

En utilisant:

-?- comme signe de troncature lettre quelconque. -+- comme signe de troncature nombre quelconque de lettres. -ET-OU-SAUF-

Mais chaque base de donnees ayant sa structure propre et etant interrogeable par 1'intermediaire de serveurs differents ayant eux aussi leur propre langage d'interrogation, cette 6quation generale a du etre reformulee pour chaque interrogation.

limitee:remplace une

illimitee:remplace un

6

D'autxe part, lors cTune premiere interrogation le nombre de r§f6rences 6tant trop important,(de 1'ordre de 10 000 pour la question 2) j'ai et6 amenee & introduire des limitations suppl6mentaires:

- GENE+ devient GENE? - Limitation aux r6sultats concernant le genre

humain. - Limitation aux articles publies en frangais ou

en anglais. - Ponderation des termes GENE et COLLAGEN qui

seront ainsi les sujets principaux des articles retrouves.

2 INTERROGATION DES BASES DE DONNEES

Trois bases de donnees ont ete selectionnees d'apres leur importance et les domaines couverts.

2A MEDLINE

- Presentation de la base

MEDLINE = MEDical litterature analysis and retrieval system on-LINE.

PRODUCTEUR:National library of medicine (N.L.M.), Bethesda, U.S.A.avec la cooperation de l'IMA-INSERM pour la France.

DOMAINES:Biomedical et en particulier biologie, genetique, biochimie qui sont interessants pour le sujet.

DONNEES: Les articles de 3200 periodiques sont indexes, dont 100 frangais;69% des references sont en anglais.

NOMBRE DE DOCUMENT: 5,3 millions+300 000 par an.

DEBUT: 1966.

AIDE A LA RECHERCHE: La recherche des descripteurs se fait dans le thesaurus MeSH ( medical subjects headings ).

-Interrogation

J'ai interroge MEDLINE a la B.U. medecine de lyon avec Melle Seguin, sur le serveur DATA-STAR.Nous avons interroge une partie seulement de la base: MEYY, qui contient les references depuis 1977.

7

2B BIOSIS

-Pr6sentation de la base

BIOSIS=BioSciences Information Service

PRODUCTEUR:BIOSIS, Philadelphie, U.S.A.

DOMAINES:Biologie, medecine, en particulier biologie mol^culaire, genetique qui sont interessants pour le sujet.

DONNEES:9000 periodiques sont indexes ainsi que des actes de congres, rapports de recherche, ouvrages et brevets americains.

NOMBRE DE DOCUMENTS:5,7 millions+480 000 par an.

DEBUT(sur DATA-STAR):1970.

AIDE A LA RECHERCHE:BIOSIS search guide

-interrogation

J'ai interroge BIOSIS au cours d'un stage de formation a 1'URFIST de Lyon (service interuniversitaire de formation a 1'interrogation de banques de donnees).Une possibilite interessante: 1'utilisation de "concepts codes", qui recouvrent un sujet large, et permettent d'obtenir les references appartenant a ce domaine.Ici j'ai utilise CC03502: genetics and cytogenetics general,et CC03508:genetics and cytogenetics human, a la place de GENE?.

2C PASCAL

-Presentation de la base.

PRODUCTEUR:INIST-CNRS,Centre de documentation scientifique et technique, Paris, France.

DOMAINES:Sciences et techniques, en particulier sciences de la vie et medecine qui correspondent au sujet.

DONNEES:Articles de periodiques, ainsi que de rapports scientifiques, theses, comptes rendus de congres.Interrogation possible en frangais, anglais et espagnol( a partir de 1987 )

NOMBRE DE DOCUMENTS:6,5 millions + 430 000 par an.

DEBUT: 1973.

AIDE A LA RECHERCHE: Thesaurus bilingue frangais-anglais.

8

-Interrogation.

J'ai interrogS PASCAL a L'E.N.S.B. avec C.ANDRE, sur le serveur TELESYSTEMES/QUESTEL.

3.EVALUATION DES HESULTATS.

Voici les resultats de ces interrogations:

MEDLINE BIOSIS PASCAL 1 COLLAGEN? OU PROCOLLAGEN? 2 1 ET GENE? MJ 3 2 ET LIMITATIONS 25 4 130 4 3 ET EHLERS-DANLOS 5 20 3 5 3 ET OSTEOGENESIS IMPERFECTA 19 16 17 6 3 OU 4 OU 5 44 27 33

Comme il etait a prevoir un certain nombre de recoupements ont eu lieu entre mes differentes sources .

J'ai choisi les references pertinentes en collaboration avec M.OUAZANA. En considerant uniquement les references obtenues par les interrogation de bases de donnees, le taux de pertinence obtenu est:

documents pertinents retenus 56 = 53%

documents trouves 104

En fait, la plupart des documents retrouves etaient en rapport avec le sujet, mais nous ne les avons pas retenus car ils n'apportaient que des informations depassees ou redondantes. Le taux de pertinence est donc en realite superieur a 53%, ce qui est normal compte tenu des nombreuses limitations que j'ai ete obligee de faire .

III-OBTENTION DES DOCUMENTS PRIMAIRES.

C'est cette derniere etape qui s'est averee etre la plus longue.

9

Pour la localisation des p6riodiques:

-J'ai utilise le CCN sur CDROM. -J'ai consult6 les fichiers de periodiques des

B.U. m6decine et B.U. sciences de Lyon, la plupart des periodiques s'y trouvaient.

Pour 1'obtention des documents:

-La plupart ont ete photocopies dans les bibliotheques et centres de documentation de Lyon suivants:

.BU medecine et BU sciences

.laboratoire de biologie cellulaire, Lyon I.

.Service de genetique de 1'Hotel Dieu. -Les autres ont ete demandes par le pret inter.

CONCLUSION

A 1'issue de cette premiere partie de mon travail, la recherche bibliographique, je peux deja tirer quelques conclusions.

J'ai obtenu de nombreuses references qui sont pour la plupart en anglais et qui font appel a des connaissances que je maitrise peu, aussi ai-je choisi, en accord avec M.OUAZANA et compte tenu de 1'objectif de ce travail qui est la mise a jour de son cours, de realiser une synthese assez courte, et d'autre part de privilegier les informations nouvelles par rapport au cours deja existant.

La liste de references est ordonnee selon un classement systematique correspondant aux differentes parties du sujet, avec un sous classement alphabetique par auteurs.Ceci pour plus de clarte d'une part, et pour etre plus utile, d'autre part. En effet, sous cette forme, il sera plus facile, pour moi lors de la redaction et pour M.OUAZANA par la suite, de s'y reporter ou de la completer.

STHTHBSE

I - BREF RAFPEL BE LA STRTJGTDRE DTJ COLLAGENE

Le collagene (Co) eat la plus abondante des proteines

du corps humain. Cette mol^cule est composee de trois chaines alpha

associees en triple helice, chacune d'une longueur approximative

de 1000 acides amin^s (AA).

A / DIFFERENTS TYPES DE COLLAGENES

Actuellement, une vingtaine de chaines alpha ont ete

identifiees, qui forment plus de 11 types de Co.

Ces types sont habituellement classes en 3 groupes:

- Le groupe 1, de chaine Mr^95OOO, avec xme triple he-

lice de 300 nm ( types I, II, III, V, K ').

- Le groupe 2, de chaine Mr^95000, mais dont la triple

helice est interrompue par des segments non helicoldaux ( types IV,

VI, VII, VIII ).

- Le groupe 3, de chaine Mr^95000 (types IX, X).

B / STRTJCTURE ET SYNTHESE DP COLLAGENE

Une molecule de collagene est donc constituee de 3 chaines

alpha. Sauf pour les telopeptides, courtes regions des extremites

d'une vingtaine d 'AA chacune, la structure polypeptidique de ces

chaines est caracteristique : c*est la repetition d'un triplet Gly-

X-Y, Gly etant la glycine, X et Y etant le plus souvent de la pro-

line, de 1'hydroxyproline, de 1'alanine.

Lors de la synthese du Co, les genes donnent d'abord nais-

sance a des chaines pro-alpha, qui sont de longs polypeptides de 1500

AA environ. Puis ces chaines pro-alpha vont s'assembler par 3 pour

former la moldcule de procollagene, celle-gi comprend aux deux extre-

mites de la triple Mlice de 297 nm de long sur 1^5 nm de diametre, deuX

propeptides :

- Le propeptide N-terminal comporte successivement un do-

maine globulaire, une triple helice et un autre domaine globulaire.

- Le propeptide C-terminal, plus court, comporte seulement

un domaine globulaire.

Pour finir, le procollagene a aussi un peptide signal.

La molecule de Co est obtenue par perte du peptide signal

4Z-

fa^peo cl&- C^^iloLymjio

TERMINOLOGY USED FOR COLLAGENS"

Current Number of terminology Older terminology unique chains

Type I Collagen 2 Type II Cartilage collagen ! Type III Embryonic coliagen 1 Type IV Basement membrane collagen 2 Type V A-B collagen 3 Type VI SC collagen 3

Intima collagen Type VII LC collagen i Type VIII EC collagen 1 Type IX Type M collagen 3

HMW-LMW collagen Type X G collagen 1

SC cartilage collagen Type K (XI) la, 2a, 3a collagcn 3

" SC, short chain; LC, long chain; EC. endotheiiai ceil; HMW, high molecular weight; LMW, low molecular weight.

CROUP 2 COLLAGEN MOLECULES

Chain Mr

Coilagen Chains Procollagen Coliagen Molecular species

Type IV al(IV) 185,000 185.000 [al(lV)];«2(IV) a2(lV) 170,000 170,000 [al(iV)],

[a2(IV)]j Type VI al(Vl) 140,000 [al(V!)u2(Vl)tt3(VI)]

a2(V[) (240,000) 140,000 [al(Vl)|i a3(V!) 140,000

Type VII al(VH) i >170.000 [al(VU)], Type VIII o (180,000) (180.000) •)

GROUP 1 Coi.LACR.N Moi.ncui.ES

Chain Mr

Collagen Chains Procollagen Coilagen Molecular species

Type 1 al(l) 140.000 95.000 I«l(I)];a2(i) a2(I) 125.000 95.000 laKI)],

Type II al(II) 140.000 95,000 ial(II)], Tvpe III al(IIl) 140.000 95.000-110,00(1 (al(Ill)], Type V al(V) 240.000 115.000 lal(V)];a2(V)

a2(V) 160,000 125,000 [allVtJ, a3(V) •? [al(V)a2(V)a3(V)|

Type K la '? -? 0 2a T 3a 1 '?

•At

f3i0 5^rctfvi2^ AJLX, Cxp\Xas}pf\Q^

SYNTHEStS OF \ PRO-o^CHAIN

KVOROXYtATJON Of; -S£LECTEO PROL1NES ANOLVSINES

GLYCOSYLATiON OF SELECTEO HYDROXYIYSINES

COOH OH OH 3 pro-ti:<hains

ribosome oo REF

PROCESSES OCCURRING WfTHIN INTRACELLULAR MfcMBRANES 1ER.GOLGI. SECRETORY VESICLESI

TRIPLE-HELIX FORMATION OH ^ OH v— / memtx»

SECRETION

CLEAVAGEOF nu EXTENSION PEPTIOES V• * VM

cotlagen molecute

ASSEM8LY tNTO MtCROFIBRtL

ASSEMBLY INTO MATURE

COLLAGEN F18RIL

AGGREGATION OF COLLAGEN

FIBRILSTO FORMA COLLAGEN F18ER

I colUgen (ibef

4i±

CIJUL. Cplla-0enr\jL,

\jk. fVcVwLcW- - n°4Z0„ nnrvOAo A^A

cellule

ribosomes

pro-chaine«

cavit6

'U . '• )r X / ,

'y.c V \G

noyau KNH, O/y <%T «•S -O.H

•NH,

M -^rf*rr'^ri ... . -#3@sss^ah

(Man) n Glc Nac

(Man) nv GlcNac

Gal Gal

moldcule de procollagdne

V; .-•A» .'i£

#$«n§ e ?

r6ticulum endoplasmique

mitochondrie

membrane du rdticulum endoplasmique

moldcule de procollagdne (Man) ny Gal Nac^

. /IXVO

2 nm

peptide C-termmal (10 nm

y (Man)n

^GIc Nac

peptide N-terminal(15 nm)

moldcule de collagene(300 nm)

t6lopeptide domaine en ;

triple h6lice

10 nm

domaine 1 domaine globulaire klans triple h6lice

domaine en t6lopeptide

triple h6lice (sans triple h6lice)

Figure 5. Comme toutes !es prot6tnes, le collagene est 1abriqu6 a l'interleur des cellules par traduction du message genetique sur les

ribosomes. (A). Ce schema montre une cellule avec ses dlfferentes organites: le collag6ne etant destine S 1'exportation est secrete dans des cavites de r6ticutum endoptasmique qui vontdonner desvacuoles. Celles-cl se sont ensuite deversees a la surlace de la cellule. A l'interieur d'une cavite du reticulum endoplasmique, chacune des chaines polypeptidiques de la triple helice est synth6tisee sur un ribosome, puis s'associe pour former la molecule definitive. En realite, ia chaine polypeptidique qui sort du ribosome est une pro-chaine u, plus longue que la chaine definitive, etqul sera coupee. L assemblage dans la cavite des pro-chaines u donne une molecule de procollag6ne. (8). Ces schemas detaillent la structure des molecules de procollagene et de collagene, organisee en differentes portions. On remarquera que tes peptides terminaux contiennent des petits domaines organises en triple hetice. Inversement, la motecule de collagene a ses parties terminales libres: ce sont les telopeptides. Glc et Gal repr6sentent les sucres glucose et galactpse, qui sont lies aux hydroxylysines de la triple helice. Man et GlcNac representent les sucres mannose et N-acetylglucosamine, qui ne figurent que sur les peptides terminaux. (D apres Prockop

et al.|

et clivage des deux propeptides.

A 1'exterieur du fibroblaste, les molecules de Co vont

s'organiser en fibrilles puis en fibres et faisoeaux de fibres.

On comprend qu'au cours de cette biosynthese complexe,

de nombreuses anomalies puissent arriver.

II - LES GMES CODANT FOUR LES CHAINES PRO-ALPHA

A / LOCALISATION

On connait maintenant la situation d'un certain nombre

de ces genes : sept d'entre eux sont situes sur oinq chromosomes.

Ils sont donc relativement disperses dans le genome.

Pour les Co de type I, les genes codant pour les chaines

pro-alpha1(i) et pro-alpha2(l) sont situes respectivement sur le

bras long Au chromosome 17 et du ohromosome 7»

Pour le Co de type II, les genescodant pour la chaine

pro-alpha1 (il) est situ^ sur le chromosome 12.

Pour les Co type III et type V, les genes codant pour

les chaines pro-alpha1(ill) et pro-alpha2(v) sont situes sur le long bras du chromosome 2.

Pour le Co type IV, les genes codant pour les chaines pro-

alphal(lV ) et pro-alpha2(lV) siegent sur le chromosome 1%

B / STHUCTDHE

Chez 1'homme certains syndromes semblent etre lies a des

dysfonctionnements des genes du Co ou de leurs produits. L'analyse

de cette famille de genes au niveau moleculaire est donc importante

pour comprendre le mecanisme de ces etats pathologiques.

Des portions de plusieurs genes du Co dans differentes

especes ont ete identifiees. 90 % du Co des vertdbres est du type I

ce qui explique que les genes codant pour les chaines pro-alpha1(i)

et pro-alpha2(l) furent les premiers a etre identifies, d'abord chez

le poulet, puis chez 1'homme.

J6

LOGALISATION DES GENES

CHROMOSOME REGION GENE

17 q21 „3 > q22 alphal (I) (C0L1A1)

7 q21.3 ^q22 alpha2(l) (C0L1A2)

12 q13.1 >q13.2 q (ou q14 • 3 )

alphal(il) (C0L2A1)

2 q24.3 >q31 (ou q23)

alphal(III) (COL3A1 et C0L5A2)

et alpha2(v)

13 q33 } q34 alphal(lV) (COL4A1 et C0L4A2)

et alpha2(iv)

2

A-f-

RePftHXlTtON/ OES iNTROWS tT DES evo^S 2 SCMEH A

[~f2j Q enc_ CIJLL GD pJZ.O- jfcl

40 kb I 5' End of Gene

5'End of i | i 35 | 1 Tnp'e I 30 I I I ' ' Hehcol Reqion

J L-i 2 3 ti 5 6 76 9 _'0_ J' 2—

| | 25 I L +• i" ™ ^0 1 I I

1 III II ' II I I-

15 1

1 1 (7,19 20 21 22 23 24 25 26 Z7?*9 2P-(8 ™"

32 33 31 35; 37 36 39 «0 36

3'End

;"i"""|"Vlll Vl—I—14-t H+FH4 • 1 * ' . ^ . . zic. «c .1?

3'End of Triple Hehcol Region of Gene

ii 431 -35 46 -1? 46 «39 50 51 52

i-izj £nv Tau7ZL£>scopie- A-ckW cyuy^

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620 boUC^GO.

Ces genes sont caracteris^s par leur longueur ( 18 000

paires de bases pour la chaine pro-alpha1 (i) humaine et 38 000 pour

la chaine pro-alpha2(l) ) et surtout, l*existence d'un tres grand

nombre d'introns, alternant avec les regions codantesi les exons.

Nous allons decrire la structure du gene codant pour la

chaine pro-alpha2(I) du pouletI

Ge gene est long de 38 kb, et compose d'au moins 51 exons,

qui representent seulement 10 % de la taille du gene. La taille des

exons varie de 48 paires de bases a 327 paires de bases, la taille

des introns varie de 81 a 2200 paires de bases. Si on divise ce gene

en regions codant pour les 6 domaines de la molecule de proGo voici

sa structure:

Region codant pour 1*extremite N-terminale

Six exons codent pour cette region, d'une longueur de 400bp

Elle contient les sequences (TATAMTA box et CCATT box ) essentielles

a 1'initiation de la transcription. De courtes sequences ont ete

remarquees, dont la structure pourrait expliquer la formation de

structures en epingle a cheveux.

Plus de 75 % du propeptide consiste en triplets de Gly-X-Y

formant une triple h^lice, cette region etant entouree de 4 et 8

residus non helicoldaux, le peptide-signal etant forme de 26 residus.

•sfc Region codant pour La triple helice

41 exons codent pour cette partie. Leur structure est tres

homogene, chacun etant un multiple des 9 paires de bases qui codent

pour le triplet Gly-X-Y. La moitie au moins de ces exons est long

de 54 paires de bases, soit 6 fois les 9 pairea de bases correspon-

dant a 18 AA.

Region codant pour 1'extremite C-terminale

4 exons codent pour cette partie.L'exon 1 est 16. plus long,

1'exon 4 code aussi pour les 15 derniers residus de la triple helice,

les 15 residus du telopeptide, et le debut du propeptide C-terminal.

Ils correspondent k 4 domaines fonctionnels du propeptidej les re-

sidus de cysteine impliques dans les liaisons entre et intra-chaines

le site de clivage par la carboxypeptidase, le site de fixation

du carbohydrate.

G-e^e du Co

Leo A Pt cc DSopcmcUinato Bx. -be-<C|juLe/vicja_ d A D iV -><rr\\~

e/ru cn\a^uj$auSj&2>.

P^OmTESL -<06 , • * | ^ * * * *

COjtCtC|Ctt*CCttCgC|C<^SOC|eStgGt^{C«}C«tt|C«|||C|tt|l|C||||ll

cTvt|$gctgcat£gccgccggt gc^tcgcegccgcg ggiccc tcctscgs^etTTeT^gcggascggggct tgat taattt

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121 •

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Region codant pour les zones de jonction intron / exon

On a pu etablir que presque tous les introns commencent

par GT et se terminent pax AG. Ici pour le Co, tous les exons commen-

cent bien par G qui codent pour la triple h^lice, et des 10 restants,

4 commencent par A et un cinquieme par T. Par contre seulement 12

des exons se terminent par G.

Les introns

Sur les 38,5 kb de ce gene, 34 kb sont des introns !

Ils sont en majorite dans la moitie 51 du gene. Ces introns Contien-

nent 35 % de GC en moyenne.

5^ Comparaison avec d'autres genes:

-Taille des exons

La taille des exons dans la region en triple helice

est relativement conservee, par contre elle varie dans la region

C-terminale.

-Sequence nucleotidique

Les 2/3 des AA de la r^gion en triple helice sont

de la Glycine, de la proline ou de 1'alanine, ils sont codes par

GGX, CCX, GCX, ce qui donne 67 % de GC pour le gene. C'est dans la region C-terminale qu'elle est le mieux

conservee et en particulier, 0*1 rencontre dans 1'exon 2, la plus

longue sequence nucleotidique conservee (56 paires de bases). II se

peut que cette region joue un role dans 1'alignement des trois chai-

nes en triple helice.

La structure detaillee des differents genes codant pour les autres

types de collagene se trouve decrite dans les articles donnes en

reference, et la structizre decrite ci-dessus est illustree par les

schemas joints.

C / EV0LUTI0H ; QUELQTJES HIPOTBESES ...

A partir des connaissances sur la structure et la locali-

sation de ces genes, certaines hypotheses concernant leur evolution

ont ete emisess

Nous avons vu que plus de la moitie des exons ont une

taille de 54 bp. Ceci a donne a penser que le gene ancestral avait

cette longueur de 54 bp, et que les genes actuels seraient apparus

par des recombinaisons raultiples a partir de ce gene ancestral.

Nous avons vu aussi, a partir des etudes comparatives

entre les differents genes appartenant a la famille des Go intersti-

ciels ( types I, II, III ) dans differentes especes, que la distri-

bution et la taille des exorxs est "bien conservee.Ceci a donne a pen-

ser que les genes de cette famille de Co ont une origine commune, et se

raient apparus par duplications successives dans 1'ordre suivant:

pro-alpha1(ill), pro-alpha2(l), pro-alpha1 (il) et pro-alpha1(i).

Bn effet, c'est le gene du pro-alpha1(ill) qui a le moins d1homolo-

gie avec celui du pro-alpha1(i) , alors que c'est le gene du pro-

alphal(il) qui en est le plus proche. La taille des exons aurait

donc ete conservee depuis la divergence, il y a de cela plus de

600 millions d'annees. Ceci a servi de base pour definir le groupe I

des Co et 1'elargir recemment aux types V et K .

III - LES MALADIES HEREDITAIRES DES COLLAGBHES

Ces maladies sont toutes transmises par des genes. Des

troubles au cours des etapes de la biosynthese du Co ou des deficits

en enzymes sont aussi a la source de certaines maladies^ mais ne se-

ront pas etudies ici.

Ces mutations restent assez rares.

A / LE SYTOROME D'EHLERS-DANLOS

Ce syndrome est connu depuis tres longtemps car ses sym-

ptomes ont suscite la curiosite et ont souvent ete utilises comme

phenomenes de cirque.gept types de S.E.D. sont actuellement connus,

correspondant a des defauts enzymatiques ou moleculaires differents

Ainsi 11inter§t suscite par cette maladie s'est»il deplace de l'e-

chelon clinique a 11^chelon moleculaire.

1) EXPRESSION CLINKHIE

Les 4 symptomes caracteristiques sontl

- L1hyperelasticit e cutanee

- La fragilite cutanee

- L'hyperlaxite articulaire

- La fragilit^ vaaoulaire

II s'y ajoute des atteintes visoerales multiples qui s'expliquent

pax l'ubiquit£ du tissu oonjonotif dans 1'organisrae. La fragilitd

vasoulaire esti, surtout redout^e quand elle atteint les gros vaisseaux

oomme dans le type IV, on renoontre aussi des manifestations ocu-

laires, digestives, oardiaques (prolapsus mitral ), pulmonaires,

genitales.

C'est la biopsie outanee qui permet de confirmer le diag-

nostic en montrant 1'hypoplasie du tissu collagene.

Le S.E.D. s'exprime selon des degres de gravite tr es

differents, ce qui fait que parfois diagnostique des la naissance

il peut aussi passer inapergu et cette affection est donc en reali-

te plus frequente qu'on ne le croit.

2) LES MOMALIES RESPONSABLES

Parmi les types de S.E.B. pour lesquels le defaut biochi-

mique a pu 6tre mis en evidence, ceux qui sont d'origine genetique

sont les suivants:

a) S.E.D. type IV

0'est la forme la plus severe de S.E.D.

On y a ddmonfcre la diminution du collagene de type III,

ce defaut pouvant resulter de plusieurs mecanismes:

- D^faut de synthese, par deletion d'un gene codant

pour le pro Co type III

-Defaut de secretion: a cause d'une modification

de la structure des chaines pro-alpha1(ill) qui empScherait la for-

mation de la triple helice.

- Degradation trop rapide : certaines chaines auraient

des AA supplementaires, rendant le pro Co plus sensible aux protei-

nases.

b) S.E.D. type VIIB

La transmission est recessive autosomique.

Ce type est caracterise par un defaut de clivage du pro-

peptide N-terminal du pro Co ( Happelons que lors de la biosynthese

du Co, les chaines alpha sont d'abord synthetisees sous forme de tres

longu.es chaines pro-alpha. Elles perdent d'abord leur peptide-signal,

puis sont assemblees en triple helice apres hydroxylation et gly-

cosylatioh de certains AA. Apres la secretion, les propeptides ami-

no- et carboxyl-terminal sont coupes par 1'action de proteinases

sp^cifiques ) C'est une alteration structurale de la chaine pro-

alpha qui empeche ce clivage du propeptide N-terminal par l'enzyme

" procollagene N-proteinase on a trouve une deletion de 18 residus

dans la moitie des chaines pro-alpha2(l) du Go type I, dans la region

du N-telopeptide; elle supprime donc le site normal de clivage par

la N-proteinase ainsi qu'un residu de lysine important pour le " cross-

linking

Ges 18 AA correspondent a la zone codee par 1'exon 6 du gene.

On atrouve aussi une deletion de 24 AA dans la chaine pro-

alphal(i) du Go type I. Ils correspondraient a la zone codee par

1'exon 46 J

B / L1OSTEOGEKESE D4PMFAITE 01

1) EXPRESSIOH GLINIQUE

L'incidence de 1'0I est de 1/20 000. Ges principaux symp-

tomes sont;

-fragilite osseuse avec fractures multiples

-sclerotiques bleues

-surdite

Cette affection est tres heterogene ( voir tableau pour classification)

a) 01 type II

II y a une deletion de 500 bases d'un des alleles du gene

codant pour la chaine pro-alpha1(i), eliminant les exons 27-28-29^

les points de rupture pourraient avoir ete favorises par la forrna-

tion de structures en epingle a cheveux.

La moitie des chaines pro-alpha1 (i) synthetisees sont rac-

courcies de 80 AA, l'autre moitie etant normale. Ces deux types de

chaines etant incorporees a la triple helice, un quart seulement des

molecules de collagene formees sont normales, les autres comportant

QI : RJECAJRVCO^^PN pcr^oi^d- <3LV JJAUI_ <3JLQA£LOOY

PajQ6ru/vg&. )pccn_ ^OW ^<snjrr\CxXU^r\ ckx €L^>V^\C^ISL___ OUL

cWieAJoc(( ctamo ^Q. i . IXjpe, X

o b t ;•» I H^|=

30 29 28 27 26

30 c 26 -i ^ I —-

a b =t=^±=4=#*d^#= 30 29 28 27 26

B AGAGCCACA .—/Z TGTGCCACT TCTCGGTGT ACACGGTGA

A . T i ! C - G i /' A VT

. t AGAGCCTGGCCACT a/G ' C-(? TCTCGGACCGGTGA

-G • C -i i • A - A . T - C •

?xr?\exjnjL_- jmjlxoAZ- dqjYvp ^ 0 l JX

B4fr«<«tiee

1 ou 2 ohaines pro-alpha.1 (i) anormales, sont instables et se degra-

dent rapidement avant de pouvoir former des f ibrilles de Co. Ce

phenomene a ete surnomme phenomene de " prot <5ine-suic ide ".

On a trouve d'autres anomalies:

— Substitution de la glycine en position 391 de la chaine alphal(i)

par de 11arginine.

- Substitution d'une glycine en position 988 de la chaine alphal(i)

par de la cysteine

b) 01 type I

Diminution de synthese de la chaine pro-alpha1(i), peut-

etre due a une substitution d'un AA en position X ou Y par une cys-

teine.

c) 01 t;rpe III

II existe une deletion de 4 paires de bases de 1'exon 1.

Ceci a pour resultat une mutation au niveau du propeptide

C-terminal de la chaine pro—alpha2(I) d*ou synthese de trimeres

pro—alphal(i), car les chaines pro—alpha2(I) ne peuvent pas s* inte—

grerdans la triple helice.

d) 01 type IV

La chaine pro-alpha2(I) est trop courte par deletion d'une

dxzaine de residus, ce qui donne des fibrilles de Co anormales, de

diametre reduit. cette deletion est a 1'extr&nit<? N—terminale.

Substitution de la derniere glycine de la region en triple

helice de la chaine pro-alpha2(l) par une arginine.

C / LE SYNDROHE DB 'MARFAN

Le syndrome- <ie Marfan comporte une atteinte des divers

el^ments du tissu conjonctif : collagene, mais aussi ^lastine et

fibroblastes.

En ce qui concerflfc le collagene, on a pu montrer la presen-

ce de 2 types de chaines pro-alpha2(l), l'une normale, 1'autre ayant

subi une insertion d'un peptide suppl^mentalrre d'une vingtaine

d'AA dans sa partie C-terminale. Cette anomalie conduit a la syn-

these dZun colleigene trop soltible.

CONCLUSION

Nous avons que les anomalies gdn£tiques pouvant etre a

1'origine de maladies du collagene sont tres nombreuses et variees,

mais sans doute sont elles bien plus nombreuses encore a n'avoir

pas ete identifiees.

Les progres actueSs en ce domaine sont rapides.

Pour 1'instant, ces connaissances n'ont pas encore de COH-sequences therapeutiques appreciables, mais 1'identification de

ces anomalies pourrait dans 1'avenir permettre un diagnostic pre-

natal plus frequent et le conseil genetique.

B I BL I OGFt/XFH I E

T-.ES GEINFES localisation. X

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LES QEIMES . anomail ± .

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