Génétique et Anesthésie Pr Cyril Goizet Service de Génétique Médicale, CHU Bordeaux Laboratoire MRGM, Université Bordeaux

SERVICE DE GENETIQUE MEDICALE CLINIQUE consultation conseil génétique diagnostic anténatal diagnostic présymptomatique CHROMOSOMIQUE caryotype analyse de microréarrangements MOLECULAIRE recherche de mutations dans des gènes Mode de fonctionnement mixte Clinico - Biologique Discipline transversale Pédiatrie Gynécologie - obstétrique Neurologie Mucoviscidose Surdités Dermatologie Pédo-psychiatrie ... Autres ... Oncologie

Bases de l’hérédité Hérédité Mendélienne vs non Mendélienne Définitions Hérédité Mendélienne Transmission autosomique dominante Transmission autosomique récessive Transmission liée lié à l’X Hérédité non Mendélienne Disomie uniparentale, digénisme, mitochondriale… Hérédité multifactorielle

L’ADN DANS LA CELLULE

BRASSAGE DES GENES

Définitions Autosomes: chromosomes communs aux 2 sexes (1 à 22) Gonosomes: chromosomes sexuels (X et Y) Allèles : formes différentes d’un même gène à un locus donné

CARTOGRAPHIE CHROMOSOMIQUE Chromosome 11 Génétique Physique Génique Morbide Maladies Marqueurs polymorphiques Gènes Clones génomiques

locus SPG15 2,64 Mb Identification Spg15

Définitions - beaucoup de gènes ont un seul allèle Autosomes: chromosomes communs aux 2 sexes Gonosomes: chromosomes sexuels (X et Y) Allèles : formes différentes d’un même gène à un locus donné - beaucoup de gènes ont un seul allèle - différent par une variation de séquence. Ex. : groupe sanguin : A, B, O NB : variation séquence ≠ mutations Génotype : constitution génétique d’une personne à un (ou plusieurs) locus donnés

LE LIVRE DU GENOME génome humain : 1 milliard de bases 1 page : 6080 bases chromosome 1 : 40329 pages chromosome 21 : 7726 pages génome entier : 493421 pages

1 gaattcattt cacagcttca ttgccctggc caggttgaac catgtcaagg aaactgtgag 61 cagcatattc aaaacacaaa cattgcttgg cactttggca ctgttttttt tttttttttt 121 ttttttttcc aagcttgtct cccagttagg aacagcctgg aagtcactag tccagactgt 181 gacaagtggt ggaacccggc tcccaggcat tgtggaaata cggttcattg tcacagccac 241 gccaggcctc ggcggagaac tgcgcagcca ggtctgagcg gcaatgcgct ggctcttctg 301 ctgcagctgg ggaccacgtg caggcagctg ggaggtagat tcctgtacct gctgctctgt 361 gcttagtgct ggcttgtcat ggggctagag gttactagtg tggatgataa aaaatattcg 421 ttctgacatt agtagttctg caaatacaca cgctatagcc catgtatcag cagctctgga 481 ataatgtctt gcctcgataa gtagctctgg gactcggaat gttgcagctg ctagatccag 541 atctgcccaa ggcttcaaag gtgaacaaaa aaatagagtg ccactcatat cagtgatttg 601 gactcgaatt tactcaggat ctttactcat agttaaaata ttggcaggtt ctacatacct 661 atgcaactcc cagtggtcat gcaggcagca aactgcatct aggatgggag gtgatgatga 721 cctcactatc ccccaaggta actgagctgg cttcttgttt gttagtagct ctgcaccact 781 agattataag tcagaggtca cacagaagcc ctacttccat gtcagcatga gacagaaaga 841 ctttccgaag agggagggcc cgtgggtgct caagcttgtg aaggaaccac ctttcctctt 901 ggctttgtag acacgacccc aagtgcctca gcctactttg cagtcctcag attcaaacag 961 gtcctcaagc ggctcccact tgctggacag cttcagttta aagtcacagt ccatggtcac

Définitions (suite) Phénotype : désigne les caractères observés sous la forme d’une caractéristique physique, biologique, ou moléculaire (pas forcément pathogène : groupe sanguin, couleurs des yeux, des cheveux..) Maladie monogénique : mal. héred. due à une mutation dans un seul et unique gène, sur un seul ou sur les 2 chromosomes d ’une même paire Cas index ou probant ou propositus : premier cas identifié dans la famille

Définitions (suite) Homozygote : individu avec deux allèles identiques Hétérozygote : individu avec deux allèles différents Hétérozygote composite : individu avec deux allèles différents Hémizygote : individu ne portant qu ’un seul allèle à un locus donné (chromosome X chez les hommes)

Bases de l’hérédité Hérédité Mendélienne vs non Mendélienne Définitions Hérédité Mendélienne Transmission autosomique dominante Transmission autosomique récessive Transmission liée lié à l’X Hérédité non Mendélienne Hérédité multifactorielle

Hérédité autosomique dominante * gènes situés sur les autosomes * mutation d’une seule copie du gène suffisante pour observer les signes de la maladie  * maladie s’exprime chez les hétérozygotes ♀ = ♂, état homozygote : souvent létal mais parfois idem * Transmission verticale

1/2 1/2

Hérédité autosomique dominante Expressivité variable : sévérité différente d’un sujet à l’autre - intra et inter-familiale - recherche de signes cliniques a minima Pénétrance : pourcentage des sujets porteurs d’une mutation dominante et exprimant la maladie pénétrance incomplète ou âge-dépendante sauts de génération

Hérédité autosomique dominante Mutation de novo Premiers cas de maladie AD : mutations de novo le plus souvent (10-5 à 10-6) Typiquement pères d’“ âge avancé ” Mosaïcisme germinal

Hérédité autosomique récessive gènes situés sur les autosomes atteinte des 2 copies du gène nécessaire la maladie s’exprime uniquement chez les homozygotes ou les hétérozygotes composites porteurs hétérozygotes sains (parents) transmission horizontale

1/4 1/2 1/4

Hérédité autosomique récessive Isolats génétiques : petits groupes dans lesquels la fréquence de certains gènes récessifs est sensiblement différente de la population ; isolement souvent en raison de barrières géographiques, religieuses ou linguistiques Ex.: maladie de Tay-Sachs et Juifs Ashkénazes porteurs : 3% maladie : 1/3600 vs 1/360000 Effet fondateur : un ancêtre commun porteur de la mutation transmise Ex.: mutation basque du gène CFTR

Hérédité liée à l ’X gènes responsables situés sur le chromosome X expression surtout chez les garçons   hémizygotes : porteur d’un seul chromosome X femmes hétérozygotes conductrices cliniquement saines (le plus souvent ?) mais peuvent transmettre la maladie jamais de transmission père-fils

Hérédité liée à l ’X Lyonnisation de l’X : * inactivation de la plus grande partie des gènes situés sur un des X est des cellules féminines (corpuscule de Barr) ; méthylation de l ’ADN ; centre d ’inactivation en Xq13 * précoce (dès les premières phases du développement embryonnaire) * au hasard sur l’un ou l’autre des chromosomes * « définitive », clonale, lorsqu’elle est acquise dans une cellule donnée

Bases de l’hérédité Hérédité Mendélienne vs non Mendélienne Définitions Hérédité Mendélienne Transmission autosomique dominante Transmission autosomique récessive Transmission liée lié à l’X Hérédité non Mendélienne Disomie uniparentale, digénisme, mitochondriale… Hérédité multifactorielle

Hérédité mitochondriale Mitochondriale : mode héréditaire concernant la transmission de la maladies génétiques dues à des anomalies de l ’ADN mitochondrial NB: génome mitochondrial peut varier d’une mitochondrie à l’autre cohabitation de différentes populations de mitochondries (hétéroplasmie). sévérité des signes : fonction de la proportion de mitochondries mutées dans un tissu donné destruction des mitochondries du spermatozoïde lors de la fécondation transmission par les femmes, à tous leurs enfants

Diagnostic Prénatal Maladies très sévères et incurables Soumis à l’avis d’un CPDPN Méthode directe ou indirecte Biopsie de trophoblaste ou amniocentèse IMG en cas de fœtus atteint Pas de limite de date

Diagnostic Présymptomatique Le DPS s’applique aux situations dans lesquelles la révélation d’un résultat défavorable signifie l’apparition inéluctable de la maladie au cours de la vie (Harper, J Med Genet, 1997) Nouvelle approche en Génétique Médicale : Sujets asymptomatiques à haut risque (histoire familiale informative) Maladies se développant tardivement Maladies monogéniques Mendéliennes vs multifactoriel (seulement des facteurs de prédisposition)

Maladie de Steinert

Les Myotonies Myotonie = état d’hyperexcitabilité des fibres musculaires → lenteur anormale et indolore à la décontraction musculaire Action volontaire ou déclenchée électriquement → salves de potentiels d’action répétitifs Myotonie : améliorée par l’effort, non sensible au froid Paramyotonie : aggravée par l’effort, sensible au froid

Myotonie spontanée

Myotonie provoquée

CLASSIFICATION MYOTONIE Dystrophique Non dystrophique Paramyotonie congénitale Myotonie aggravée par le K+ Myotonie aggravée par le froid Myotonie congénitale MD 1 MD 2 Autre?

Maladie de Steinert / DM1 Maladie neuromusculaire la plus fréquente chez l’adulte Prévalence = 1/8 000 à 1/10 000 Atteinte multisystémique Transmission AD Anticipation génétique dûe à une amplification de triplets

DM1. Expressivité variable 4 présentations cliniques principales : Forme bénigne tardive asymptomatique, cataracte Forme adulte classique Forme juvénile Forme néonatale (10%) hydramnios, hypotonie, tr. succion/déglutition, détresse respiratoire, mortalité périnatale, RPM sévère

DM1. Clinique Myotonie Faiblesse musculaire Amyotrophie Visage figé Ptôsis Arythmies Cataracte Atteinte respiratoire Tr. comportement Tr. cognitifs Hypersomnie Tr. digestifs Calvitie Atrophie testiculaire Hyperinsulinisme

DM1 Adulte

DM1 Juvénile

DM1. Paraclinique EMG : salves myotoniques prédominant dans les muscles distaux et la face Biopsie : processus dystrophique, inclusions intranucléaires d’ARNm

DM1. Surveillance Cardiaque annuellement Respiratoire Ophtalmologique ECG, échocardiographie, holter ECG/24h, stimulation endocavitaire Respiratoire EFR, gazométrie, examen polysomnographique Ophtalmologique Lampe à fente Endocrinienne Métabolisme des glucides Complications à prévenir Anesthésiques (thiopentone, suxamethonium, neostigmine, halothane, et excep vecuronium) Risque insuffisance respiratoire aigue Accouchement Myotonie utérine

DM1. Génétique 1 Localisation en 19q13.3 Géne DMPK, 15 exons, fonction inconnue Répétition (CTG)n en région 3’ transcrite non traduite normal : 5 – 35 CTG prémutation : 36 – 49 CTG mutation ≥ 50 CTG

DM1. Génétique 2 Corrélation inverse entre l’âge de début et la taille de l’amplification de CTG Corrélation entre la sévérité de la maladie et la taille de l’amplification de CTG 50 – 200 : forme bénigne 200 – 500 : forme classique 400 – 700 : forme juvénile > 1000 : forme congénitale

DM1. Conseil génétique Risque de transmission 50% Formes néonatales lors des transmissions maternelles, mais pas exclusivement DPN Diagnostic présymptomatique Bénéfice médical : suivi Orientation professionnelle

Hyperthermie maligne

Hyperthermie maligne Maladie des muscles périphériques: prévalence 1/3 000 incidence 1/5 000 à 1/50 à 100 000 anesthésies Réponse hypermétabolique en présence: d’anesthésiques inhalés (halothane, isoflurane, sevoflurane, desflurane, enflurane) relaxant musculaire dépolarisant : succinylcholine exercices musculaires +++ ou exposition à la chaleur +++  contractures des muscles squelettiques, glycogénolyse, métabolisme cellulaire , élévation de la température et lactates 

Clinique acidose, hypercapnie, tachycardie, hypoxémie, rhabdomyolyse (CPK > 20 000, hyperkaliémie (risque cardiaque), myoglobinurie (risque rénal) 1ers signes = hypercapnie, tachycardie En salle op. le + souvent sinon en postop. Immédiat Ttt immédiat, sinon décès dantrolene +++

Tests diagnostiques Biopsie musculaire avec test de contraction : mesure de la contraction in vitro en réponse à des doses croissantes avec caféine et halothane 2 gènes connus Transmission AD prédisposition +++ dans certaines maladies musculaires : myopathies à central core, myopathies à multiminicore, syndrome de King

Conclusions Apport de la génétique - Arbre décisionnel y compris pour cas sporadiques - Progrès en diagnostic  précision du conseil génétique, DPN, DPS - Amélioration des connaissances physiopath Y compris formes communes Aide au développement de modèles Détermination de nouvelles cibles ttt

MRGM - Objectifs et Stratégie générale Nouveaux loci/gènes Spectres mutationnels Spectre phénotypique Corrélations P-G Fréquence des mutations Transfert vers le diagnostic Conséquences fonctionnelles des mutations Validation des variants faux-sens Mécanismes physiopathologiques Voies métaboliques Etudes préliminaires de toxicité et de faisabilité Essais thérapeutiques Cibles thérapeutiques Stratégies thérapeutiques Essais in vitro sur modèles cellulaires Essais in vivo sur modèles animaux