Mécanismes des maladies héréditaires Anomalies du génome Mécanismes des maladies héréditaires I – Réarrangements ou Mutations de grande taille II - Mutations de petite taille III – Mutations dynamiques : expansions de triplets IV - Epimutations

I – Réarrangements de grande taille A) Délétion B) Duplication C) Inversion D) Conversion E) Insertion

Recombinaisons égales - 30 à 40 par méïose - échanges d’allèles : variabilité génétique - les recombinaisons sont plus fréquentes entre gènes éloignés - estimation de la distance génétique entre deux gènes exprimée en centimorgans cM 1 cM = 1000Kb Recombinaisons inégales - entraîne des délétions - entraîne des insertions ou duplications A B A B A B A B

Délétions - Duplications Souvent observé au sein de familles de gènes regroupés en groupes = « clusters » Exemple : gènes de la famille -globine (16p13.3) et -thalassémies. Phénomènes peu fréquents = 5% Sauf Chromosome X 5% à 95% Ex : gène de la dystrophine (myopathie de Duchenne) CNV : copy number variation

C) Inversion Changement d’orientation d’un segment d’ADN.

Transfert unidirectionnel d’information génétique D) Conversion génique Transfert unidirectionnel d’information génétique d’un chromosome à l’autre A B récepteur A B donneur A B A A B A B Exemples : Maladie de Gaucher de type I, hyperplasie congénitale des surrénales

E) Insertion Introduction d’une séquence (transposon ou séquence virale) dans un gène. La mutation par insertion résulte de plusieurs mécanismes complexes (recombinaison inégale, translocation, conversion génique, « boucles chromatiniennes »). Séquences courtes SINE Alu gène NF1 : neurofibromatose Séquences longues LINE L1 transposon gène Facteur VIII : hémophilie

II – MUTATIONS DE PETITE TAILLE - Modification de l’ADN sous l’effet d’agents physiques ou chimiques – absence de réparation - Erreurs de fidélité de l’ADN polymérase lors de la replication - Dépurination Désamination notam. des cytosines méthylées (metC  T sur le brin sens et G  A sur l’antisens) Transition : purine  purine pyrimidine  pyrimidine Transversion : purine  pyrimidine

I 1 – Mutations ponctuelles Neutre hors séquence codante AA1 AA1 Faux-sens AA1 AA2 Non-sens ou Stop AA1 STOP (TAA, TAG, TGA)

MUTATION FAUX -SENS p.Glu6Val

MUTATION STOP ou non-sens Nomenclature G542X p.Gly542X

MUTATION DANS UN CODON STOP UAA/UAG/UGA  codon avec sens  Allongement de la chaîne peptidique

I 1– Mutations ponctuelles Neutre AA1 AA1 Faux-sens AA1 AA2 Non-sens ou Stop AA1 STOP I2 – Délétions insertion d’un nucléotide Décalage du cadre de lecture

ARN obtenu à partir d’un ADN normal ARN obtenu à partir d’un ADN présentant une insertion

I 1– Mutations ponctuelles Neutre AA1 AA1 Faux-sens AA1 AA2 Non-sens ou Stop AA1 STOP I2 – Délétions insertion d’un nucléotide I3 – Délétion d’un codon

I 1– Mutations ponctuelles Neutre AA1 AA1 Faux-sens AA1 AA2 Non-sens ou Stop AA1 STOP I 2 – Délétions insertion d’un nucléotide I 3 – Délétion d’un codon I 4 – Mutations au niveau d’un site d’épissage

I 4 – Mutations au niveau d’un site d’épissage EXON EXON INTRON 5’ GTT CTT GGA GAA GGT GTACTTGGATCCTGAAAG GAG GTG AAG 3’ val leu gly glu gly glu val lys GT : site donneur AG : site accepteur 5’ GTT CTT GGA GAA GGT TTA CTT GGA TCC TGA AAG GAG GTG AAG 3’ val leu gly glu gly leu leu gly ser stop lys glu val lys

- au niveau d’un site d’épissage - au niveau des séquences ISE (intronic splicing enhancer) et ESE (exonic splicing enhancer) = 15% des anomalies responsables de maladies génétiques - saut d’exon (exon skipping)  protéine tronquée (50% des cas) - activation d’un site cryptique d’épissage - création d’un « pseudo-exon » dans un intron - rétention d’un intron dans l’ARNm mature

I – Réarrangements ou Mutations de grande taille II - Mutations de petite taille III – Mutations dynamiques : expansions de triplets IV - Epimutations

III – Amplifications ou expansions de triplets Maladie Nature du triplet Nombre de normal triplets pathologique Sd X fragile (CGG)n n=6-54 N > 200 Sd de Kennedy (CAG)n N=14-32 N > 40 Dystrophie myotonique de Steinert (CTG)n N=5-37 N > 50 Chorée de Huntington N=6-35 N > 37 SCA1 N=6-39 Retard mental FRAXE N=4-39 Sd de Jacobson N=11 N > 100 DRPLA N=3-36 N > 49 SCA3 N=13-44 N > 60 Ataxie de Friedreich (GAA)n N=6-29 SCA7 N=7-35 SCA2 N=13-32 N > 33 SCA6 N=4-18 N > 21

Classification des maladies à amplification de triplets A- Les maladies à expansion de triplets non codants expansions de grande taille instabilité élevée phénotype : atteinte multisystémique de nombreux organes les manifestations cliniques sont variables dans une même famille du fait d’une hétérogénéité somatique la nature de la séquence répétée est variable suivant les pathologies CGG, CTG, CAA les mécanismes pathogéniques diffèrent selon les pathologies et dépendent des conséquences de la perte de fonction du produit du gène

Exemple : syndrome du X fragile Amplification de triplets CGG dans la région 5’UTR du gène FMR1 sujet N 5 à 50 CGG sujet prémuté 59 à 200 CGG sujet muté > 200 CGG + hyperméthylation entraînant une diminution d’expression du produit du gène et une perte de fonction 50 à 59 zone grise Le gène FMR1 est porté par le chromosome X Les garçons sont principalement touchés

EcoRI EcoRI EcoRI EcoRI EagI FMR1 (CGG)50 sonde EagI FMR1 (CGG)500

Coupure EcoRI + EagI N N PM PM MT MT 5,2 kb 2,8 kb MUTE PREMUTE X INACTIF 5,2 kb NORMAL X INACTIF PREMUTE X ACTIF 2,8 kb NORMAL X ACTIF

B – Maladies à expansion de triplets « codants » 8 maladies neurodégénératives, toutes caractérisées par une expansion modérée d’une répétition CAG codant pour une Glutamine Signes cliniques apparaissent vers la quarantaine et évoluent vers un tableau de neurodégénérescence sévère - ces maladies sont dues à un mécanisme de « gain de fonction » lié à l’expression anormale de la région polyglutamine des protéines en cause Exemple : Chorée de Huntington

IV – Amplifications ou expansions de triplets Maladie Nature du triplet Nombre de normal triplets pathologique Sd X fragile (CGG)n n=6-54 N > 200 Sd de Kennedy (CAG)n N=14-32 N > 40 Dystrophie myotonique de Steinert (CTG)n N=5-37 N > 50 Chorée de Huntington N=6-35 N > 37 SCA1 N=6-39 Retard mental FRAXE N=4-39 Sd de Jacobson N=11 N > 100 DRPLA N=3-36 N > 49 SCA3 N=13-44 N > 60 Ataxie de Friedreich (GAA)n N=6-29 SCA7 N=7-35 SCA2 N=13-32 N > 33 SCA6 N=4-18 N > 21

CHOREE de HUNTINGTON - Maladie neurodégénérative de transmission autosomique dominante - Fréquence 1 / 20000 Mouvements involontaires associés à des troubles cognitifs et psy chiatriques. Perte des neurones cérébraux (IRM) essentiellement du striatum ( putamen ou noyau caudé) et de certaines couches cortex Début : 40 – 50 ans (pénétrance variable en fonction de l’âge) Répétition de (CAG) dans l’exon 1 de l’Huntingtine N =30 à 35 CAG Quand N > 35 chorée de Huntington Souvent hérité du père

IV – EPIMUTATIONS (Pathologie de l’épigénétique) Anomalies de méthylation Anomalies de remodelage chromatinien Exemple : Syndrome ICF (immunodeficiency, centromeric instability and facial anomalies) : Régions d’hétérochromatine (chr.1/16) hypométhylées à cause d’une mutation d’une DNA méthylase Anomalies de l’empreinte génomique Exemple : Syndrome de Beckwith-Wiedemann PraderWilli Angelman