UE5 GENETIQUE Pr BOESPFLUG-TANGUY 04/11/2019 15H30 - 17H30 Ronéotypeuse/ficheuse Stéphany BATAILLERonéotypeuse/ficheuse Alice DAUTZENBERG

COURS 4 : HEREDITE MENDELIENNE AUTOSOMIQUE RECESSIVE ET LIEE A L’X

Le professeur a accepté de relire la ronéo, voici son adresse mail pour toute question : odile.boespflug-tanguy@aphp.frLe cours est identique à celui de l’année dernière.L’examen se présentera sous forme de cas clinique comme dans les TD, l’important est donc surtout la compréhension.

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Plan   :

I- Hérédité mendélienne autosomique récessive A)Généralités B)Consanguinité et maladie autosomique récessive C)Exemples

1- La mucoviscidose2- L’amyotrophie spinale

D)Nouvelles techniques

II- Hérédité mendélienne lié au chromosome X A)Généralités B)Maladies autosomique récessives lié à l’X

1- Hémophilie2- Myopathie de Duchenne et de Becker

C)Maladies autosomiques dominantes lié à l’X 1- X fragile

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I- Hérédité mendélienne autosomique récessive A) Généralités

Définition maladie autosomique récessive = L’allèle muté est récessif sur l’allèle sauvage les hétérozygotes sont sains, la maladie ne s’exprime que chez l’homozygote.

Caractéristiques   : Sujets atteints naissent de parents normaux mais hétérozygotes proportion enfants atteints 1/4 (25%), enfants

transmetteurs 1/2 (50%) La maladie touche également les deux sexes Sujets atteints se retrouvent le plus souvent dans la même fratrie, répartition horizontale Excès de mariages consanguins augmente le risque de transmission autosomique récessive

Pour calculer la probabilité que les patients soient sains, hétérozygote ou homozygote muté à partir du génotype des parents, on peut faire un tableau des gamètes.(La prof a beaucoup insisté sur le fait que c’est très utile d’en faire dans les exercices pour mieux visualiser les probabilités)

A1= allèle normalA2= allèle délétère

On observe avec ce tableau : 50% d’hétérozygotes (NON malades, A1A2) 25% d’homozygotes sain (A1) et 25% d’homozygotes malades (A2)

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A1 A2A1 A1A1 A1A2A2 A2A1 A2A2

Ainsi, on peut considérer la formule mathématiques suivante : q² + 2pq + p²= fréquence génotypiqueAvec : p= fréquence allèle A1 q= fréquence allèle A2 Donc : p+q= 1 et p= 1-qRq : Pour connaitre la fréquence d’un allèle, on génotype la population et on regarde quelle est la fréquence de l’allèle.

Dans le cas des maladies autosomiques récessives : - Fréquence de la maladie= q²= incidence de la maladie- Fréquence d’hétérozygote= 2pq=2(1-q) or si q <<1 alors on peut dire que la fréquence des hétérozygotes est

2q(Car 1-q ≈ 1).

Plus la maladie est rare, plus la fréquence des hétérozygotes est faible :

Particularités moléculaires des maladies autosomiques récessives : Hétérogénéité génétique : une même maladie (un même phénotype) peut être due à plusieurs gènes différents

(exemple : 60 gènes différents peuvent provoquer une surdité) Hétérogénéité allélique : un même gène peut avoir de nombreuses mutations différentes responsables de la

maladie Du fait de ces hétérogénéités, il a été longtemps difficile d’effectuer des diagnostics moléculaires pour les maladies autosomiques récessives.

B) Consanguinité et maladie autosomique récessive

Consanguinité= partage d’un ancêtre commun.

Les unions consanguines ne modifient pas la fréquence des mutations mais augmentent la proportion des individus homozygotes, par ascendance commune, par rapport aux individus hétérozygotes La consanguinité n’augmente pas le risque que l’ADN mute mais que les mutations existantes se transmettent.

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Les unions consanguines augmentent donc le risque de maladies autosomiques récessives. De plus, plus la consanguinité est proche (augmentation du coefficient de consanguinité), plus le risque de maladie autosomique récessive est accru. Les enfants nés d’une union consanguine ont une plus grande fréquence d’allèles communs. Cela dépend du nombre de chaînons reliant chacun des 2 parents à leur ancêtre commun, c’est-à-dire du degré de parenté. On considère que l’effet de la consanguinité disparait au bout de 7 chainons, cependant, l’effet de la consanguinité est très fort jusqu’à 3 ou 4 chaînons, ce qui explique qu’il faille toujours remonter de 3 générations minimum (grands-parents) pour construire un arbre généalogique.

Ainsi on reprend : q = fréquence de la mutation dans la population générale et q²= fréquence de la maladie En cas de consanguinité, la fréquence de la maladie= fqoù f = coefficient individuel de consanguinité.Pour les cousins germains, f = 1/16.

/ !\ les consanguins n’ont pas plus de risque d’avoir une maladie génétique que les autres MAIS plus de risque d’avoir une maladie rarePlus la maladie est rare, plus l’effet de la consanguinité se fait sentir.

VIGILANCE : dans certaines régions, il n’y a pas de consanguinité classique mais une consanguinité par ascendance commune résultant d’un isolat génétique (certaines populations vivent recluses sur elle mêmes depuis des générations: île de la Réunion, villages reculés, populations émigrées…)

Exemples :

Rq : Fréquence de consanguinité Arabie saoudite environ 70% ; Afrique du nord environ 40% ; population caucasienne 2 à 3%

C) Exemples 1- La mucoviscidose (= fibrose cystique)

C’est la maladie autosomique récessive la plus fréquente dans la population caucasienne : 1/2000 naissances et 1/22 porteurs hétérozygotes.C’est une pathologie des sécrétions exocrines toutes les sécrétions sont très épaisses atteintes respiratoires(toux sèche, surinfections bronchopulmonaires), digestives(pancréas, foie et voies biliaires, diarrhée chronique, dénutrition, ictère, cirrhose biliaire, intestins etiléus méconial, prolapsus rectal), du tractus génital (stérilité, hypofertilité, aplasie congénitale du canal défèrent ),glandes sudoripares (permettent le diagnostic avec le test de la sueur)

Ainsi, on suspecte une mucoviscidose : Chez le nouveau-né, en cas de retard du premier méconium Chez l’enfant, en cas de retard de croissance ou infections respiratoires Chez l’adulte, en cas de stérilité (toute suspicion de stérilité donne lieu à un dépistage de la mucoviscidose)

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Depuis très longtemps, on a un test diagnostique de la mucoviscidose : élévation de l’ion chlore dans la sueur > à 60mmol/L (possible après 1 mois de vie).C’est une maladie d’évolution sévère, jusqu’à il y a 15/20 ans, 50% des patients décédaient avant l’âge de 20ans.Aujourd’hui on a avancé l’espérance de vie jusqu’à environ 30/40ans grâce à uneprise en charge précoce respiratoire et digestiveavec possible transplantation pulmonaire ou hépatique.

La mucoviscidose est due à la mutation d’un gène situé en 7q31 : le gène CFTR, codant pour une protéine canal (protéine CFTR = Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) modulant la perméabilité membranaire des cellules épithéliales à l’ion chlore en fonction de la concentration intracellulaire d’AMP. Le gène CFTR est un grand gène : 27 exons et 1480 acides aminés, ce qui rend possible beaucoup de mutations. De nombreuses mutations (plus de 200) sont impliquées dans la maladie : hétérogénéité allélique (hétérozygote composite(= possède 2 allèles mutés) très fréquent dans la mucoviscidose). Dans la population caucasienne, 70% des cas sont dus à une délétion ∆F508 (délétion (∆) des 3 nucléotides codant pour la phénylalanine (F) en position 508 de la protéine CFTR), selon une autre nomenclature : Phe508del-CFTR.

Application   :

Quel est le risque pour ce couple d’avoir un enfant malade ?

Probabilité pour que 1 et 2 soient tous les deux hétérozygotes = 1/22 x 1/22 = 1/484Un tel couple a 1 risque sur 4 d’avoir un enfant homozygote atteint La probabilité pour ce couple d’avoir un enfant atteint = 1/484 x 1/4 = 1/1936

Cette probabilité étant relativement élevée, il existe en France un dépistage néonatal de la mucoviscidose grâce à un test biochimique fiable (différent du test génétique). Ce dépistage permet une prise en charge précoce, ainsi que la possibilité de faire du conseil génétique pour les parents mais aussi la fratrie.

Ainsi à J3 : dépistage biochimiqueavec test de guthrie = dosage de la trypsine immunoréactive anormalement élevée dans la mucoviscidose (pas de consentement nécessaire ici) Si le test est positif : biologie moléculaire du gène CFTR : le dépistage génétique a une sensibilité supérieure au dépistage biochimique (consentement nécessaire)

Si hétérozygote ou homozygote atteint : test de la sueur à J21 Si homozygote sain, on réeffectue un dépistage biochimique à J21, si ce dernier est positif : test de la sueur

Le test de la sueur conditionne la prise en charge : - Test positif : prise en charge - Test négatif : conseil génétique si hétérozygote.

Quel est l’intérêt de dépister les hétérozygotes pour le conseil génétique   ?

On s’intéresse notamment au risque pour la fratrie des parents d’un enfant atteint d’avoir eux aussi un enfant atteint.

On remarque donc que les collatéraux d’un malade ont des chances plus élevées de contracter la maladie que les individus de la population générale (on passe de 1/2000 à 1/160).

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Le conseil génétique est donc particulièrement utile pour les collatéraux (cousins…)

Rq : On peut utiliser 2 hypothèses : - Soit un seul des grands-parents est hétérozygote : dans ce cas probabilité que III-3 soit atteint= 1/2x 1/20 x ¼- Soit les deux sont hétérozygotes (possible mais moins probable), dans ce cas probabilité que III-3 soit atteint=

2/3x 1/20x ¼(penser à faire le tableau des gamètes pour mieux comprendre)

De plus, grâce aux nouvelles thérapeutiques, les enfants atteints arrivent à un âge de reproduction.

Quel est le risque pour un enfant atteint de transmettre la maladie à ces enfants ? Par un raisonnement similaire : la probabilité est de 1/2 x 1/20 x 1= 1/40 (1= probabilité du parent malade de transmettre l’allèle muté ; 1/20= probabilité du 2eme parent d’être hétérozygote)

A1 A2A2 A1A2 A2A2A2 A1A2 A2A2

Le conseil génétique peut aboutir à un diagnostic anténatal ou préimplantatoire.

Conclusion : La mucoviscidose est la première maladie génétique pour laquelle à partir du dépistage néonatal on a fait une prise en charge, mais aussi un conseil génétique.

2- Amyotrophie spinale (SMA)

C’est la deuxième maladie autosomique récessive la plus fréquente en France : q² =1/6000 à 1/10000 et 2q = 1/80 à 1/100C’est une maladie très grave et la prise en charge est difficile. Elle entraine une dégénérescence des motoneurones de la corne antérieure de la moelle épinière et ainsi une faiblesse musculaireainsi qu’une amyotrophie progressive (même type de neurodégénérescence que la maladie de Charcot).

On distingue 3 types de présentation clinique de cette maladie :

TYPE 1 Début avant 6 mois (parfois congénital) ; pas d’acquisition de tenue assise ;rapidement évolutifdécès en 6 mois par insuffisance respiratoire.(Formes infantiles Maladie de Wernig Hoffmann)TYPE 2 Acquisition de la tenue assise mais pas de marche autonome ; plus lentement évolutif  complications respiratoires, scoliose, mort avant 15 ans. (Formes infantiles Maladie de Wernig Hoffmann)TYPE 3 Acquisition de la marche ;très lentement évolutif  handicap moteur variable (à partir de de 30/40 ans); survie normale(Formes juvéniles / adultes Maladie de Kugelberg Wellander)

L’expressivité de cette maladie est variable à cause des gènes autour des allèles mutés, qui peuvent compenser certaines délétions ou pas gène modulateur.La région génomique contenant le gène SMN2 est une duplication inverse de la région génomique contenant le gène SMN1. SMN1 et SMN2 diffèrent par 5 nucléotides, dont 1 de l’exon 7,qui code pour une région importante dans l’assemblage de SMN. 100% des ARNm de SMN1 ont l’exon 7 alors que 80% des ARNm de SMN2 n’ont pas l’exon 7. La protéine SMN1 est plus stable et s’assemble mieux. La protéine SMN2 est plus instable, peu assemblée et détruite quand il lui manque l’exon 7 (ainsi 20% des protéines SMN2 sont fonctionnelles). La protéine SMN est ubiquitaire, libre dans le cytoplasme et agrégée dans le noyau sous forme de structures punctiformes. Cette protéine est importante pour l’épissage des ARNm.

La SMA est du à une délétion homozygote de l’exon 7 du gène SMN1. Dans la SMA de type 1, il n’y a pas de compensation, très peu de protéines SMN sont fonctionnelles, c’est la forme la plus grave.

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Dans la SMA de type 2, un gène SMN2 se duplique ce qui augmente la quantité de protéines fonctionnelles : cela diminue la gravité de la maladie.Dans la SMA de type 3 : les 2 gènes SMN1 manquants sont compensés par des 2 SMN2 dupliqués, la maladie est donc beaucoup moins sévère.Il existe des porteurs sains de la maladie, ils ont dupliqué une nouvelle fois SMN2 : ils ont donc réussi àtotalement compenser la perte du SMN1.

De plus, l’environnement génétique et l’environnement de vie (stress…) modulent les compensations génétiques. Ainsi, SMN1 est le gène majeur et SMN2 est le gène modulateur. Il n’y a pas de dépistage néonatal dans la population générale pour la SMA, ni d’enquête génétique pour les collatéraux car la maladie est rare et qu’on n’a pas de thérapeutique. En revanche, la prise en charge des malades doit être la plus précoce possible

Différence avec la mucoviscidose, il faut attendre qu’il y ait un malade dans la famille pour pouvoir faire un conseil génétique.

A retenir +++ : Maladies autosomiques récessives sont nombreuses, mais individuellement rares.Elles ont une grande hétérogénéité car il y a énormément de mutations. Enfin on a une augmentation de la fréquence en cas de consanguinité.

D) Nouvelles techniques Les maladies autosomiques récessives bénéficient des techniques de séquençage à haut débit (Next Generation Sequencing) pour l’identification des anomalies moléculaires en cause.

On a 2 approches : « Whole exome sequencing » séquençage d’exome (ensemble des exons = 1% du génome) 85% des

maladies monogéniques concernent les exons + l’épissage. Panels de gènes Séquençage haut débit d’un grand nombre de gènes (jusqu’à 500) connus pour être

impliqués dans un groupe de pathologie.Ces nouvelles techniques sont plus facilement utilisables pour déceler les maladies autosomiques récessives car la mutation est présente sur les 2 allèles, ce qui permet de ne pas prendre un variant génétique pour une mutation impliquée dans une maladie, à l’inverse des maladies autosomiques dominantes qui sont le plus souvent dues à des mutations de novo.Rôles : - Tout médecin Diagnostic, symptomatique, prise en charge des patients homozygotes malades.

-Généticien Conseil génétique : dépistage des hétérozygotes, diagnostic anténatal et préimplantatoire.-Centre agréé Dépistage pré symptomatiqueet dépistage néonatal.

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II. Hérédité mendélienne liée au chromosome l’X

A) Généralités

Homme FemmeHEMIZYGOTE pour le chromosome X 1 seule copie

ZYGOTE pour le chromosome X 2 copies

+ susceptible aux effets d’un allèle anormal sur l’X Moins susceptible aux effets d’un allèle anormal car contrebalancés par l’allèle normal

Parties de l’X et de l’Y identiques = région pseudo-autosomique

mais INACTIVATION irréversible, au hasard d’un des X très tôt au cours de l’embryogénèse (précoce) (ce n’est pas forcément le même X qui est inactivé dans chaque cellule)

Schéma expliquant le mécanisme de désactivation de l’X

Chaque chromosome X contient un centre d’inactivation, qui s’il n’est pas réprimé entraine une inactivation du X. Dans certaines pathologies, il y a une inactivation préférentielle de l’X normal par rapport à l’X muté dans un tissu.

B) Maladie génétique mendélienne récessive liée au chromosome X

Homme Femme Hémizygote allèle mutémalade Si homozygote allèle muté atteinte

(si maladie grave, femmes homozygotes non viables)

Si hétérozygote allèle muté non atteinte sauf si - X0 (= Syndrome de Turner) - inactivation préférentielle X normal

Ainsi la maladie touche les garçons. L’allèle muté est transmis par les femmes ou les hommes atteints pour les filles MAIS il n’y jamais de transmission père-fils de la maladie car un père ne transmet JAMAIS de chromosome X à son fils, s’il y a une transmission père-fils : ce n’est pas une maladie liée à l’X (TOUJOURS VALABLE).

La fréquence des mutations De Novo survenant dans les gamètes mâles ou femelles est de 1/3. Elles surviennent dans les gamètes mâles préférentiellement.

VIGILANCE : une mutation apparaissant dans les spermatozoïdes du grand-père ne sera effective que chez son petit-fils (saut de génération).

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Chromosome X activé

Chromosome X inactivé

Centre d’inactivation de l’X : bloque latranscription ARN si pas de répresseur

L’hémophilie A (1/5000 garçons)

Les sujets atteints sont incapables de produire un facteur important pour la coagulation (facteur VIII) ce qui entraîne des phénomènes hémorragiques (naissance, intervention, traumatisme).

Etant une maladie mendélienne liée à l’X, il n’y a jamais de transmission père-fils. D’autre part les hommes atteints survivent grâce aux traitements, ainsi la mutation est plus répandue et certaines femmes deviennent homozygotes atteintes.

Les myopathies de Duchenne et Becker

Ce sont des destructions progressives des muscles squelettiques et cardiaques.

Myopathie de Duchenne   (Garçons) Elle a pour caractéristiques : - troubles de la marche entre 1 et 5 ans puis perte de la marche entre 7-12 ans - pronostic vital liéàl’atteinte respiratoire et cardiaque - augmentation importante des enzymes musculaires sériques (Créatine PhosphoKinase) - Mais aussi difficultés d’apprentissages

Tout cela est dû à un déficit musculaire proximal.

Myopathie de Becker (Garçons) Elle a pour caractéristiques : - troubles de la marche à l’adolescence voir à l’âge adulte - pronostic vital lié à l’atteinte cardiaque - augmentation moins importante des enzymes musculaires sériques que chez Duchenne

Filles hétérozygotes

Elles sont conductrices symptomatiques et peuvent exprimer des signes : légère augmentation des CPK, fatigabilité (30-40 ans). Elles peuvent aussi exprimer un tableau de myopathie de Duchenne en cas de syndrome de Turner (XO)ou d’inactivation majeure de l’X normal (translocation entre un chromosome X et un autosome, autres causes)

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Ces maladies sont liées à des mutations de tailles très variables du gène DMD (en particulier des délétions) qui code pour la dystrophine (ancrage de l’actine à la membrane basale) : il s’agit du plus grand gène connu (1,5% du chromosome X). Il fait l’objet de nombreuses recombinaisons (+10% des méioses). Il est ubiquitaire et comporte de nombreux promoteurs en particulier pour le cerveau, le muscle, le cervelet, la rétine, le rein et les nerfs périphériques. Ainsi, les anomalies génétiques ne sont pas faciles à mettre en évidence du fait de la taille du gène (surtout s’il ne s’agit pas d’une délétion).

Dans la myopathie de Duchenne, les mutations entrainent une apparition d’un codon STOP prématuré, ce qui tronque la protéine, qui est détruite. Il n’y a donc pas de dystrophine. Dans la myopathie de Becker, la mutation entraine une production de dystrophine anormale. Ainsi chez les sujets atteints il est important d’analyser la dystrophine pour poser le diagnostic (Western-Blot).

C) Maladie génétique mendélienne dominante liée au chromosome X

Homme Femme Hémizygote allèle muté malade (si grave non

viable) Si hétérozygote allèle muté malade Si homozygote allèle muté malade (si grave

non viable) Parfois si la maladie est grave elle peut être en apparence sporadique, ne touchant que les filles car les

hommes hémizygotes mutés meurent en anténatal. Son expressivité est variable selon le sexe : la maladie est souvent plus grave chez les hommes hémizygotes

que chez les femmes hétérozygotes car il n’y a pas de compensation par inactivation de l’X muté . Il n’y a JAMAIS de transmission père-fils.

Le X fragile

La maladie concerne 2% des retards mentaux chez le garçon (retard mental lié à l’X le plus fréquent) et 0,3% chez la fille. Elle touche 1/4000 à 1/6000 garçons.

Chez le garçon, le tableau classique est :- Dysmorphie - Croissance excessive : macrocéphalie, macro-orchidie (augmentation anormale du volume des testicules), poidsexcessifs - Déficience mentale

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- Troubles de comportement (hyperactivité, impulsivité, traits autistiques) - Retard mental (100%)

Les filles présentent un tableau plus modéré : - Déficience mentale modérée - Troubles du comportement (anxiété, trouble de l’attention, concentration) - Retard mental (60%)

La maladie a une pénétrance variable : il existe des transmetteurs asymptomatiques.

L’X fragile résulte d’une anomalie moléculaire. Dans 99,5% des cas, l’expansion massive d’un triplet CGG est localisé dans le premier exon non-traduit du gène FMR1. Dans la population normale, il y a 6 à 50 répétitions. Quand la mutation est complète : il y a 230 à plus de 1000 répétitions. Le triplet CGG s’amplifie plus dans les gamètes maternels. Les sujets normaux avec 60 à 200 répétitions sont dans un état de prémutation qui favorise l’apparition d’une mutation délétère dans la descendance.

Le gène FMR1 normal code pour la protéine FMRP normale : un transporteur d’ARN (RNA binding protein), ou represseur d’ARN,impliqué dans la synaptogénèse et la dendritogénèse. Elle permet le transport des ARN le long de l’axone afin qu’ils soient traduits à proximité de la synapse : il s’agit d’un système de régulation pour la plasticité cérébrale. Une dysfonction ou une absence de la protéine FMRP entraine une déficience mentale.

En cas de prémutation, l’amplification du triplet CGG entraine une méthylation de l’ADN : production d’une protéine anormale et mal régulée. Les individus prémutés sont symptomatiques à partir de 40 ans. Les hommes présentent une ataxie (visualisation par IRM de la substance blanche), un tremblement (pseudo parkinson) : la prévalence est de 1/3000. Les femmes ont une ménopause précoce. Lorsqu’il y a plus de 230 CGG, la méthylation est telle que la protéine n’est pas du tout produite. Les individus sont symptomatiques avant 10 ans : syndrome de l’X fragile pour les hommes et déficience mentale pour les femmes.

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