Détecter l’émergence d’anomalies génétiques : exemple en bovins

C. GROHS, UMR GABI, INRA

2 décembre 2015

• Définition : modification conduisant à un défaut du fonctionnement ou de l’aspect d’un être vivant (visible ou non)• Les causes peuvent être génétiques mais aussi toxiques, infectieuses, traumatiques …• Un même type d’anomalie peut avoir plusieurs causes

Palais fendu : - Cause environnementale (Ingestion lupin pendant la gestation)- Causes génétiques

Qu’est ce qu’une anomalie ?

A. DuchesneJM Nicol ©

Remaniements chromosomiques (ex: Cheiloschisis en Blonde d’ Aquitaine)

Mutation dominante avec mosaïcismegerminal/somatique (ex : BullDog en race Holstein)

Transmission liée à L’X (50% des descendants mâles d’une femelle porteuse atteints)

Mutation récessiveFréquent

Rare

Les déterminismes génétiques

Transmission avec empreinte parentale hétéroplasmie mitochondrialedéterminisme multiallélique,…

Cheiloschisis : Translocation 6-20

BullDogEn brune

Caryotypeanormaléquilibré

Caryotypenormal

Rappels sur les anomalies récessivesDéterminisme récessif : l’expression de l’anomalie nécessite deux copies de

la mutation

+/- - /-+/+

ANIMAL SAIN

Homozygote pour l’allèle sauvage

Hétérozygote PORTEUR de la mutation

ANIMAL SAIN

Homozygotepour la mutation

ANIMAL ATTEINT

+/- +/+

+ /- +/++/- +/+

+/- +/-

- /- +/-+/- +/+

• Présence d’un ancêtre commun dans les généalogies des parents

• Émergence favorisée par la consanguinité

• Transmission durant un nb de générations élevé dans la population avant observation des premiers homozygotes

• Faible fréquence dans la population générale (< 5 %)

• Fréquence élevée dans certains accouplements (max. 25%)

Rappels sur les anomalies récessives

Anomalies récessives et consanguinité

• Tout individu est porteur de quelques mutations récessives délétères (4-5 estimées chez l’homme)• Bien que l’incidence des anomalies génétiques est (très) faible en situation normale (populations sauvages)

si fréquence allélique p=1%, la fréquence des cas est p2=0.01%

• Elle augmente avec la consanguinité, et les races animales sont des populations de petite taille génétique => la probabilité d’apparition des cas est plus importante

• Pour conséquence, les cheptels sont confrontés à des crises aigües

Pour la filière, un coût important

• Probablement plus de 5% de pertes de fertilité

• Probablement plusieurs % de mortalité après naissance

• Des cas plus rares chez les adultes, mais bien plus coûteux

• Un coût probable de l’ordre de 50 à 100 millions € / an

• Souvent, une carrière interrompue prématurément pour les reproducteurs

• Des risques de contentieux

• Une mauvaise image auprès du public

=> Nécessité d’une gestion efficace de ces anomalies

Repérer ces anomalies, une surveillance spécifique

• Les dispositifs de contrôle de performances classiques sont peu adaptés

• La collecte d’information spontanée est réduite / l’auto-censure est forte

• Généralement peu de cas par élevage

• Les signes d’appel sont parfois difficiles à distinguer d’autres affections

(ex de CDH : veau qui s’étiole peu à peu vers 2 mois)

Rôle essentiel du vétérinaire pour une bonne caractérisation clinique et

l’élimination des causes non génétiques

Rôle essentiel de l’ONAB pour surveiller les émergences

Révolution des outils technologiques : le génotypage par puce et le reséquençage complet de génomes

• Sur une puce à SNP, on obtient entre 10000 et 54000 typages / individu Possibilité de faire une

« Cartographie par homozygotie »

• Si l’anomalie est récessive, les atteints sont homozygotes à la mutation causale, ainsi que pour un fragment chromosomique entourant la mutation (un haplotype)

On recherche un segment toujours homozygote chez les atteints et rarement homozygotes chez les normaux : c’est la région portant la mutation

• Plusieurs milliers de mutations par reséquençage complet, dont seulement 1 est unique aux animaux atteints, et située dans un gène dont la fonction fait sens

Détection d’une mutation : la situation aujourd’hui

• Une mutation peut être localisée en quelques semaines/mois à partir de quelques cas (5 à 10 en général) !

• Création d’un premier test génétique à partir de marqueurs de la région

• En revanche, l’identification de la mutation reste aléatoire mais elle peut déboucher en quelques mois, grâce à l’évolution du séquençage d’ADN

• Si la mutation est identifiée, un second test est développé, soit spécifiquement (~25€ / animal), soit sur une puce multi-objectifs

• Screening de la population, identification des porteurs

• Elimination progressive de l’anomalie

Sur le terrain, comment procéder ?

• Un éleveur, technicien, ou vétérinaire détecte une anomalie (animal mort ou vivant, à la naissance ou après)• Il remplit une déclaration (en ligne ou sur fiche papier) en observant l’animal pour n’oublier aucun phénotype• Il envoie la fiche avec ou sans prélèvements

Chaque fiche compte!

• Une fiche permet : • D’avertir l’Observatoire, d’un cas même isolé• De suivre statistiquement les types d’anomalies qui émergent

• Une seule fiche dans un élevage, mais plusieurs fiches dans toute la population : l’anomalie prend de l’ampleurL’Observatoire alerte les organismes concernés et lance un programme pour récupérer des prélèvements

Les prélèvements reçus au laboratoire

• Types : du sang, des biopsies d’oreille, des organes prélevés et acheminés rapidement

• Coût : Au fil de l’eau aux frais du préleveur (si besoin, une facture peut être envoyée). En cas d’émergence avérée, un dispositif organisé est mis en place avec une collecte des prélèvements centralisée et un dédommagement.

• Stockage et conservation : systématique

• Les données relatives : enregistrement sur plusieurs supports

• Identification : code-barres

• Photos ou films : réalisés et envoyés par mail

• Premiers cas reportés au printemps 2013

• Phénotype similaire à la dysplasie ectodermique anhidrotique (DEA) chez l’Homme :

• Hypo-trichose (absence de poils)

• une ano- ou dys-odontie (absence partielle ou totale de dents)

• une hypo ou an-hydrose (absence de transpiration / glandes sudoripares)

Un exemple d’anomalie récessive en détail : les veaux « sans poils, sans dents » en race Charolaise

Capitan et al., in prep.

Un exemple d’anomalie en détail : les veaux « sans poils, sans dents » en race Charolais

• L’anomalie chez l’homme est causée par la mutation de l’un des trois gènes de la voie de l’ectodysplasine : (EDA, EDAR et EDARADD) protéine impliquée dans le développement de diverses glandes dont les glandes mammaires ainsi que les poils, les dents, les écailles et les plumes

• Chez les bovins, dans la littérature, des cas sporadiques décrits chez des mâles de différentes races (issue fatale…) mais jamais de femelles rapportées jusqu’à cette émergence

• 11 signalements dont 10 généalogies exploitables : 1 ancêtre commun sur les 2 voies !

Déterminisme autosomal récessif supposé

• Génotypage des individus et parents sur puce à SNP 50K

• Mise en évidence d’une grande zone d’homozygotie (27 Mb) commune aux cas et hétérozygote chez leurs parents

• Plus d’une centaine de gènes présents dans l’intervalle identifié dont un gène candidat : EDAR, le récepteur à l’ectodysplasine!

Cartographie par homozygotie

http://edimerpharma.com

Séquençage d’un trio père-mère-cas et d’un animal contrôle non porteur

contrôle

cas

parents

Identification d’une insertion d’un C qui modifie le cadre de

lecture du gène

La protéine mutée n’a plus de domaine transmembranaire permettant son interaction

avec EDARADD

Vérifications sur l’ensemble du pedigree…

Recherche de la mutation causale

La mutation s’est produite chez un taureau né en 1993

Il existe des animaux bien portants homozygotes à l’haplotype mais pas à la mutationLa mutation est causale

Identification de la mut causale en – de 6 mois et le dvpt d’un test génétique est en cours

Gestion des anomalies selon les cas

• Anomalie dominante => éradiquer immédiatement

• Anomalie récessive => éviter les accouplements à risque

• Avec une fréquence faible : garder les mâles non porteurs à N+1

• Avec une fréquence élevée : intégrer l’anomalie dans l’ISU (poids économique)

• Dans tous les cas : limiter l’émergence passe par une augmentation de notre

réactivité

•Notre objectif : faire remonter les cas !

WWW.onab.fr

Résultats et Conclusion

• Plus de 30 projets de recherche ont été considérés depuis la création de l’ONAB et traités par trois chercheurs, ainsi qu’une doctorante

• Une dizaine de ces anomalies a pu donner des résultats (test de dépistage, gestion de troupeau / ou d’éradication, description fine des mécanismes moléculaires publication)

• Tout n’est pas récessif mais conséquences économiques supérieures • Les anomalies génétiques touchent à la fois monte naturelle et IA ,toutes les races (allaitantes/laitières; petits ou grands effectifs)• Rapidité dans la détection d’anomalie grâce à la puissance des outils technologiques !

ContactsCécile Grohs (cecile.grohs@jouy.inra.fr) Coralie Danchin-Burge (coralie.danchin@idele.fr)INRA - Centre de Recherche de Jouy-en-Josas Institut de l'Elevage UMR de Génétique Animale et Biologie Intégrative Variabilité Génétique Equipe Génétique et Génomique Bovine 149 rue de Bercy 75595 PARIS CEDEX 12Bâtiment 211, Domaine de Vilvert

78352 Jouy-en-Josas cedex https://www.onab.fr

Nos financements

• FGE : 1) caractérisation clinique par les écoles de Nantes (ONIRIS) et de Toulouse via la rétribution de résidents 2) génotypages et séquençage d’animaux atteints 3) coordination générale et communication

• l’ANR finance pour 5 ans le projet de recherche « BOVANO » • identifier les mutations responsables d’anomalies génétiques dans les races bovines françaises• d’aller jusqu’à leur validation fonctionnelle pour certaines

L’application des sciences participatives au domaine des anomalies se décline en 3 objectifs :- Obtenir des données sur les races françaises pour étudier leur état génétique général (monitoring de long terme)- Produire des outils de sensibilisation et d’éducation aux anomalies et à la génétique- Former une communauté et mobiliser autour d’enjeux liés à la gestion des anomalies.

L’ONAB, un observatoire de sciences participatives