Génétique de l’autisme Marion Leboyer leboyer@im3.inserm.fr Département Hospitalo-Universitaire de Psychiatrie Groupe Hospitalier Chenevier-Mondor CHU Créteil, Université PARIS XII Et Equipe de Psychiatrie Génétique INSERM U-513

Psychiatrie Génétique SCHIZOPHRENIE Frank Schurhoff, PH Alexandre Méary, AHU Andréi Szoke, PA TROUBLES BIPOLAIRES Frank Bellivier , PHU Bruno Etain, poste accueil INSERM TEMOINS Isabelle Roy, PH SUICIDE Frank Bellivier, PHU Frédéric Slama, PH Psychiatrie Génétique INSERM U 513 AUTISME Nadia Chabane, PH Pauline Chaste, thèse Trouble OBSESSIONNEL-COMPULSIF Richard Delorme, thèse

AXES TRANSVERSAUX Psychiatrie Génétique NEURO-PSYCHOLOGIE Andréi Szoke, PA Psychologues : Damien Fouques, Aurélie Raust, Amandine Mondoloni, EPIDEMIOLOGIE GENETIQUE Flavie Mathieu, ITA INSERM BANQUE DE DONNEES Rémy Druckert, CR1 Alain Philippe, ITA AXES TRANSVERSAUX Psychiatrie Génétique INSERM U 513 PHARMACO-GENETIQUE Alexandre Méary, AHU BIOLOGIE MOLECULAIRE Stéphane Jamain, CR2 Fabien Chevallier, technicien, CDD Jasmine Deshommes, technicien, CDD

RESEAU INSERM en PSYCHIATRIE GENETIQUE PSYCHIATRIE GENETIQUE LABORATOIRE GENETIQUE HUMAINE ET FONCTIONS COGNITIVES Pr Thomas BOURGERON (Institut PASTEUR, Paris) INSERM U 513, « NEUROBIOLOGIE ET PSYCHIATRIE » Bruno GIROS PSYCHIATRIE GENETIQUE CRETEIL SERVICES DE PSYCHIATRIE Paris (Pr MC MOUREN-SIMEONI) Bordeaux (Dr Ch HENRY) Clermont-Ferrand (Pr P-M LLORCA) Nancy (Pr JP KAHN) Montpellier (Dr Ph COURTET) ATC INSERM PHARMACO-GENETIQUE DES PYCHOTROPES PLATEFORME DE PSYCHIATRIE GENETIQUE Centre National de Génotypage, Evry

Collaborations Nationales et Internationales TROUBLES BIPOLAIRES National : Créteil, Paris, Bordeaux, Nancy, Montpellier International : « Early onset Bipolar sib-pair study » (Allemagne, Angleterre, Italie, Roumanie, Slovénie, Suisse) AUTISME « P.A.R.I.S. » International Autism Sib-pair Study Sweden, Norway, Italy, Belgium, Israel, Austria, USA PSYCHIATRIE GENETIQUE Inserm U-513 SUICIDE Paris, Montpellier, Genève SCHIZOPHRENIE Créteil, Clermont-Ferrand, Marseille Ottawa, CANADA TROUBLE OBSESSIONNEL-COMPULSIF Paris, Créteil, Bonn (Allemagne) Harvard (USA) PHARMACO-GENETIQUE Créteil, Paris, Lille, Clermont, Rouen, Besançon

1 2 3 Objectifs et Stratégies de Recherche Constitution des cohortes Création des banques de données cliniques, de lignées cellulaires et d’ADN 1 POUR ETUDIER GENOTYPES Etudes d’association Etude de sibs-pairs PHENOTYPES Symptômes candidats Endophénotypes 2 3

1. Constitution des cohortes Proposants Trios Sibs-Pairs et apparentés Maladie maniaco-dépressive 822 51 94 Schizophrénie 262 35 Suicidants 962 Trouble obsessionnel-compulsif 140 40 Autisme 500 299 95 Témoins « hypernormaux » 150 Au total, une banque > 3500 sujets

? 2 Génotypes Test de déséquilibre de transmission Cas Témoins Etudes de liaison Caryotype ? Recherche de mutations Etudes d’association Test de déséquilibre de transmission Cas Témoins Gènes candidats

Chez les apparentés non-atteints 3. Stratégies Phénotypiques : Nouvelles approches Chez les patients « Symptômes candidats » Composants du phénotype ayant une bonne validité génétique ressemblance intra-familiale formes cliniques homogènes Haut risque familial mode de transmission génétique associé à des gènes candidats Chez les apparentés non-atteints « Endophénotypes » Mesure biologique, électrophysiologique ou cognitive permettant l ’identification d’une vulnérabilité génétique chez les apparentés non-atteints agrégation familiale mode de transmission génétique associée à un gène candidat Leboyer et al, Trends in Neurosciences, 1998 Leboyer, Bellivier Methods in Mol Psychiatry, 2003

Génétique et Psychiatrie Résultats ? Autisme Maladie Maniaco-Dépressive

L’autisme et le syndrome d’Asperger UNE TRIADE : Absence ou Anomalie des interactions sociales Absence ou anomalie du langage Comportements et intérêts restreints, répétitifs et stéréotypés FREQUENTE : Autisme : 1 pour 1000 Asperger : 3.6 pour 1000 COMORBIDITE : 75 % de retard mental 30 % épilepsie 25 % maladies génétiques associées

Genetique de l’autisme Prévalence Risque DZ MZ fratrie Autisme 1/1000 4.5 % 0-6 % 60-90 % Héritabilité > 90 %

Poids de l’agrégation familiale Population Générale : 0,1% Récurrence: 4,5% Risque: X 45  Myopathie de Duchenne Huntington Autisme Crown Schizophrénie, trouble bipolaire Psoriasis Diabète (NIDDM) Asthme Hypertension 1000 50 20 10 5 2

Génétique de l’autisme Autisme : la plus génétique des maladies psychiatrique Transmission Non Mendélienne : Une maladie génétique complexe Interaction de plusieurs gènes (3 à 15 ?) Hétérogénéité Génétique

Difficultés pour identifier les facteurs de susceptibilité génétique? 1. Hétérogénéité clinique, étiologique et génétique Ex:Association avec des maladies génétiques spécifiques (15 %) X fragile, Syndrome de Rett , Bourneville etc… 2. Pas de définition valide du phénotype Autisme ? « Spectre de l’autisme  » ? Asperger, phobie sociale, troubles du language Anomalies Socio-cognitive ? 3. Mode de transmission génétique inconnu ?

Identification des gènes de susceptibilité : stratégies ? Etudes de Sib-pair Etudes d’association (gènes candidats) Cas / témoins Caryotype Transmission desequilibrium test

Paris Autism Research International Sibpair study 1992-2005 Coordinateurs: Pr Marion Leboyer (France) et Pr Christopher Gillberg (Sweden) Pays participant: Autriche, Belgique, France, Israël, Italie, Norvège, Suède, USA Critères d’ Inclusion : . DSM-IV . ADI-R (Autism Diagnostic Interview) Critères d’exclusion : Retard mental profond Autisme Secondaire (bilan métabolique, caryotype, recherche X fragile imagerie cérébrale)

Paris Autism Research International Sibpair study (PARIS) Etude collaborative internationale Paris Autism Research International Sibpair study (PARIS) Pays France Sweden Israël USA Norway Italy Austria Belgium Total Sib pairs 28 29 16 7 6 4 2 95 Trios 193 48 33 13 12 -- 299

Resultats du génome scan (consortium PARIS) 264 marqueurs 51 familles de sibs 206 sujets 54 384 génotypes Identification de 11 régions candidates Philippe et al, Hum Mol. Genet, 1999

Chromosome 6q21 et autisme (Glutamate Ionotropic Etude de Gènes Candidats Chromosome 6q21 et autisme 51 familles avec 2 atteints par fratrie 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,4 D6S1600 D6S470 D6S260 D6S1663 D6S291 D6S282 D6S294 D6S286 D6S283 D6S261 D6S262 D6S306 D6S442 D6S1599 D6S446 Chromosome 6 GRIK2 gene (Glutamate Ionotropic Kainate Receptor 2) DS283 : bipoint analysis, MLS = 2.23, P = 0.013

GRIK2 gene(Glutamate Ionotropic Kainate Receptor 2) Région 6q16-q21 GRIK2 gene(Glutamate Ionotropic Kainate Receptor 2) 59 familles, Lod score = 3.28 p=0.0005 6p24 GRIK2 P = 0,0005 6p23 6p21 6q16 GRIK2 6q21 autisme schizophrénie bipolaire Chromosome 6 dyslexie Bah et al, 2004 Jamain et al. Mol Psychiatry, 2002

Predisposition Masculine à l’autisme 2. Gène Candidat Predisposition Masculine à l’autisme Autisme : 4 garçons / 1 fille Syndrome d’Asperger : 8 garçon / 1 fille Personnes autistes sans traits dysmorphiques Et avec une imagerie normale : 23 garçons / 1 fille ? “Le coin du puzzle”

chromosome X et autisme Deletions schizophrénie Milunsky et al., 1999 Délétions autisme Thomas et al., 1999 NLGN4 Philippe et al., 1999 MLS = 0,89 P = 0,0210 X fragile (FMR1) Syndrome de Rett (MeCP2) Chromosome X

NEUROLIGINES : de bons gènes candidats ? Protéines d’adhésion Cellulaires Largement exprimées dans le cerveau Stimulent la differentiation pré-synaptique Coordonnent taille et position des éléments pré et post synaptique Assurent leur cohésion mécanique

Neuroligine : un facteur crucial dans la synaptogènese La neuroligine-1 (vert) exprimée à la surface d’une cellule rénale induit la différenciation présynaptique dans les axones en contact (rouge). neurone N e u r o l i g n cellule non neuronale Scheiffele et al. Cell, 2000 Dean et al. Nat Neurosci, 2003

Localisation et interaction des neuroligines à la synapse

Les cinq gènes des NEUROLIGINES (NLGN) : localisés dans les régions candidates pour l’autisme Thomas et al., 1999 Philippe et al., 1999 MLS = 0,89 NLGN4 Tentler et al., 2002 t(13;17)(q14;p13) Auranen et al., 2002 MLS = 2,75 Shao et al., 2002 MLS = 2,54 NLGN2 NLGN3 Anneren et al., 1995 t(17;19)(p13;p11) NLGN1 Auranen et al., 2002 MLS = 4,21 NLGN4Y Chromosome 3 Chromosome 17 Chromosome X Chromosome Y

200 témoins : pas de mutation Une mutation du gène NLGN4 dans l’autisme I II III Control Mutant De novo mutation A C G T P N D F S t o p L R n r l H 4 M u a 3 9 6 HNL4 D396Stop Ins Thymidine C P 200 témoins : pas de mutation Jamain et al, Nature Genetics, 2003

mutation NLGN4 Soluble HNL4? [508025 nt] Ins T nt1186  D 396Stop HNL4 ( Xp 22.31) NH 2 816 wt HNL4 TM COOH NH 2 396 mutant HNL4 COOH Soluble HNL4?

Mutation ponctuelle du gène NLGN3 dans l’ autisme R R/C K R451C C/T NLGN3 mutation Cys en Arginine 451

Laumonnier et al. Am J Hum Genet, 2004

Conséquences fonctionnelles des mutations NLGN NLGN4 (mutation : codon stop) UNE INACTIVATION FONCTIONNELLE COMPLETE Perte de l’activité de stimulation de la différentiation des synapses absence de localisation de la protéine à la surface de la cellule NLGN3 (mutation ponctuelle) Perte de l’activité de stimulation de la différentiation des synapses Rétention Intra-cellulaire de la protéine mutante (dans le reticulum endoplasmique) Diminution de l’activité de liaison à la b-neurexin Chih et al, Hum Mol Genetics, 2004 Cosmoletti et al, J Neurosci, 2004

Conclusions préliminaires Mutations NLGNs : - Associées à l’ autisme - Induisent un phénotype cellulaire responsable de la perte de l’activité de stimulation de la différentiation pré-synaptique Une preuve directe de l’association de l’autisme à des anomalies de la circuitrie neuronale Questions ? Fréquence des mutations des neuroligines (NLGN1,2,3,4,5) dans l’autisme et le sd d’Asperger ? Quel est le phénotype associé aux mutations Neuroligines ? Autisme, Asperger, retard mental? les NLGNs sont-elles impliquées dans d’autres maladies ?

Les variations dans les NLGN chez les individus autistes NLGN1 (3q26) NLGN2 (17p13) aucun changement d’acide aminé détecté chez 90 individus autistes R717H G737R A738V 4 / 94 familles autistes 7 / 90 familles contrôles absente chez 90 contrôles absente chez 90 contrôles NLGN3 (Xq13) NLGN4 (Xp22) NLGN4Y (Yq11) aucun changement d’acide aminé détecté chez les individus autistes R451C N796S T612A D396X absente chez 200 contrôles absente chez 200 contrôles absente chez 350 contrôles

une sélection anormale Hypothèse L’autisme serait du à une altération de la formation des synapses créant une sélection anormale de groupes de neurones Molécules d’adhésion cellulaire Connections anormales ? Autisme ?

Identification des mécanismes moléculaires impliqués dans l’autisme mutations fonctionnelles mutations associée à l’autisme protéines impliquées dans les retards mentaux

Autisme ? Autisme Autisme

Des résultats négatifs … 2. Gène Candidat : Des résultats négatifs … Chromosome Y : Haplogroupe Y Jamain et al., Mol Psychiatry 2002 Chromosome 7 (7q22) : Reelin gene Krebs et al, Molecular Psychiatry, 2002 Chromosome 17 (17 q12) Serotonin transporter gene Betancur et al, 2002, Molecular Psychiatry

Caryotype à haute résolution

4. Nouvelles approches phénotypiques Chez les patients “Symptômes candidats” Composants du phénotype qui ont une bonne validité génétique ressemblance intra-familiale identifient formes cliniques augmente le risque familial mode de transmission génétique associé à des gènes candidats ex : trouble du langage Chez les apparentés non malades “ Endophénotypes ” Marqueurs Biologique/cognitif/ Electrophysiologique d’une vulnérabilité génétique sous-jacente plus fréquent chez les apparentés indépendant de l’état stable mode de transmission génétique associé à des gènes candidats ex : marqueurs cognitifs Leboyer et coll., Trends in Neurosciences 1998

Corrélations génotype/phénotype : chromosome 7q et langage ? Phénotype langage des parents connus Phénotype langage des parents inconnus

Génétique de l’autisme : Nouvelles définitions phénotypiques ? Autisme Endophénotypes ? Cliniques Cognitifs Retard de langage Asymétrie hémisphérique Retard lecture (Leboyer et coll., 1995) et écriture Synd Asperger Anomalies socio-cognitives Phobie social e (Plumet et coll., 1999) Personalité schizoïde Intérêts restreints Fxns exécutives anormales obsessions / compulsions (Hughes et coll.,1997) 1. Troubles de la communication 2. Déficits sociaux 3. Comportements stéréotypés et répétitifs

Remerciements Génétique humaine et fonctions cognitives Thomas Bourgeron Stéphane Jamain Catalina Betancur Bruno Giros HOPITAL ROBERT DEBRÉ Consultation Autisme et Centre Investigation Clinique Christopher Gillberg Henrik Ankarsâter Nadia Chabane Marie-Christine Mouren- Siméoni AP-HP, Fondation France Télécom, Fondation pour la Recherche Médicale