Génétique Cours 1 DCEM1 Brigitte Benzacken ; Cytogénétique GHU Nord Marion Gérard ; Génétique Robert Debré Bénédicte Gérard; Biologie Moléculaire RDebré

Généralités : Modes de transmission Génétique DCEM1 2008 Généralités : Modes de transmission Mucoviscidose Myopathie de Duchenne X Fragile

Maladie génétique... Recouvre de nombreux aspects Chromosomique Rappel: sur un chromosome, il y a entre 400 et 10 000 gènes !! Mendélienne Rappel: il y a environ 4000 maladies mendéliennes monogéniques répertoriées Moléculaire Séquençage du génome terminé (90% euchromatine) Nombre de gènes estimés 26 000 à 31 000

Patrimoine génétique Dans le noyau 46 chromosomes Molécule d ’ADN replié très serrée !!! Filament long +++ Reployé en boucles resserrées, qui s’ouvrent au moment de la réplication de l’ADN Chromosomes visibles dans le noyau pendant la mitose Initialement décondensés Puis compactés

Chromosomes et gènes... 46 chromosomes 30 000 gènes Bandes Pour un gène, deux allèles 1 hérité du père 1 hérité de la mère 1300 en moyenne par chromosome… Bandes Sombres, riches en gènes

ADN reployé +++

Mutations Bases ATCG Séquence normale Séquence mutée CCCTTTTAAAGTGTGTCCCAAAA Séquence mutée CCCTTTTAAAGTGAGTCCCAAAA Protéine ne fonctionne plus...

En résumé 46 chromosomes 30 000 gènes Plus de 1000 gènes par chromosomes Pas la même résolution Étude des chromosomes (caryotype) Recherche de maladie génétique

Impact des maladies génétiques Individus atteints Malformation majeure pour 2-3% de chaque grossesse (d’où surveillance échographique en France) Fentes labiales ou labiopalatines 1/600 Malformation cardiaque 1/250 Défaut de fermeture du tube neural 1/500 Anomalies chromosomiques 0.7% Majorée par l ’âge maternel Majorité d’enfants « normaux » !!, 96,3%

Fardeau génétique Nous sommes tous des hétérozygotes !! Porteurs sains d’une ou plusieurs mutations Selon les publications 1,4 à 4-5 gènes mutés par individu Maladies rares 1/100 1/25 mucoviscidose 1/7 à 1/5 pour la Fièvre Méditerranéenne (Sous-groupe) Risque pour la descendance estimé à 1% (toutes maladies génétiques confondues) Éradiquer les mutations ? impossible ...

Hérédité récessive Deux parents hétérozygotes sains Un gène normal, un gène muté Transmission des deux gènes mutés à un enfant sur 4 Homozygote malade

Hérédité récessive

Hérédité récessive

Hérédité récessive

Exemples de maladies récessives Mucoviscidose Drépanocytose Hyperplasie congénitale des surrénales Phénylcétonurie

Histoire clinique

ATCD familiaux

Exemple : Mucoviscidose Maladie génétique fréquente Récessive 1/2500 naissances 1/25 hétérozygotes Maladie respiratoire et digestive Gène CFTR Chromosome 7, bras court, 27 Exons

Affection génétique à transmission Autosomique récessive Mucoviscidose Affection génétique à transmission Autosomique récessive 1 enfant atteint sur 2500 naissances porteur hétérozygote: 1 individu sur 25 fréquence variable selon les populations: Bretagne celtique: 1/1600 population d'Afrique du Nord: rare population asiatique: exceptionnel

CFTR glycoprotéine transmembranaire 5' 3' 1 2 3 4 5 6a 6b 7 8 9 10 11 12 13 14a 14b 15 16 17a 17b 18 19 20 21 22 23 24 NH2 COOH domaines NBF1 Domaine R domaines NBF2 transmembranaires transmembranaires Domaine extracellulaire Membrane plasmique N C NBF2 Cytoplasme NBF1 domaine R CFTR glycoprotéine transmembranaire

Enquête en France: 19 laboratoires: 3595 patients 7190 allèles MUCOVISCIDOSE Enquête en France: 19 laboratoires: 3595 patients 7190 allèles 6700 allèles mutés identifiés 300 mutations différentes (93,2%) DF508: 67,21% (Bretagne 81%, Nord 70%, Sud: 61%) G542X: 2,89% N1303K: 2,05% 1717-1G->A:,3,13% 2789+5G->A: 1% 19 mutations: entre 0,1 et 1% 153 mutations ne sont retrouvées qu'une seule fois HETEROGENEITE ALLELIQUE

Arbre généalogique ATCD mucoviscidose Hétérozygotes obligatoires 1/2 1/4 1/8 1/25 Enfant atteint de mucoviscidose 1/8x1/25x1/4 = 1/800

Modes de révélation Prénatal Néonatal Hyper-échogénéicité du grêle 1% (chromosomique, viral , vasculaire, mucov) Péritonite méconiale Absence de vésicule bilaire Néonatal Occlusion néonatale par iléus méconial

Adresser en consultation de génétique Déterminer risque ou non Etude génétique proposée Mutations connues ou non 31 mutations les plus fréquentes Couvre 80% des mutations (4/5) Surveillance de grossesse Etude des deux parents Reste une incertitude faible Risque résiduel 1/500 (1/125 x 1/4)

Arbre généalogique ATCD mucoviscidose ? 1/125 1 x 1/125 x 1/4 = 1/500

Arbre généalogique Hémochromatose Malade hémochromatose (1/400) 1/2 1/10 1/2x1/10x1/4 = 1/80

Maladie récessive Pas de DPN Diagnostic clinique Ferritine Dépistage des hétérozygotes ?? Non, sauf conseil génétique

Hérédité dominante Critères de reconnaissance, une personne atteinte, transmet à un enfant sur 2

Hérédité dominante

Hérédité dominante

Exemples de maladies dominantes Syndrome de Marfan Hypochondroplasie Maladie de Stickler

Hérédité Mendélienne Autosomique dominante Autosomique Récessive Dominante liée à l’X Récessive liée à l’X Holandrique (liée à l’Y)

Conductrice obligatoire Par définition Un frère et une fils atteints Deux fils atteints Par extension Un fils atteint ET une fille conductrice obligatoire

Transmission Récessive liée à l ’X Pas de transmission Père-Fils Notion de conductrice obligatoire M >>> F Transmission verticale

Hérédité liée à l ’X Garçons atteints !!!!! 50 % des garçons atteints 50 % des filles conductrices

Hérédité liée à l ’X XY XX

Hérédité lié à l ’X

Hérédité liée à l ’X Hémophilie Daltonisme Myopathie de Duchenne de Boulogne

Hérédité Liée à l ’X (1) 3 types de transmissions liées à l ’X Dominant lié à l ’X létal chez le garçon dominant lié à l ’X avec paradoxe de Sherman Récessif lié à l ’X Transmission en général par les filles si récessif Transmission par les pères si dominant non létal Jamais de transmission Père Fils

Hérédité DLX (2) Incontinentia pigmenti Mutation du gène NEMO (Xq28)

Hérédité DLX (3) Syndrome de l ’X fragile Amplification de triplet CGG (Xq28) Conseil génétique difficile 100 CGG Pré mutation 59-230 180 450 400 450 450 450 180 180 1500 1500 1800 1200 550

Hérédité RLX (4) Myopathie de Duchenne de Boulogne 1/3500 Mutations dans le gène de la Dystrophine (Xp21)

Cas des filles atteintes Monosomie X Biais d’inactivation Mutation sur l’allèle homologue

Conseil génétique 50 % des garçons atteints 50 % des filles conductrices Pour les apparentés : risque modulé en fonction de la probabilité pour la mère d’être conductrice (Bayes, étude moléculaire)

Exemple : Syndrome de l’X fragile Naissance de Baptiste Troubles précoces de la relation mère-enfant Inquiétude parentale ++ > 9 mois Retard de marche Pas de langage à 21 mois Naissance d ’Alexis Troubles précoces de la relation mère-enfant ...

Clinique Beaux garçons Trouble du contact Angoisse parentale Grand front Grand PC + 1 DS à + 3 DS A la naissance, grand PC (35cm, 36cm, 37cm) Trouble du contact Angoisse parentale Stéréotypies Évitement du regard Pas de langage

Génétique X fragile Gène FMR1 Chromosome X Cassure de l’extrémité q28 Expansion de triplets Pré-mutation Mutation complète Retard mental et traits psychotiques du garçon Retard plus modéré chez la fille

Mécanisme génétique Expansion instable Triplet CGG, dans le premier exon, non traduit, du gène FMR1 Polymorphique 6 à 50 répétitions + AGG (séquence impure) Mutations complètes = 230 à > 1000 CGG, méthylation anormale 100% RM garçon, 60% RM chez les filles Prémutations = 60 à 200 CGG, non méthylés Males normaux transmetteurs, femmes vectrices Fréquence des mosaïques somatiques

Prénatal Depuis l’élucidation moléculaire, possible Ponction de trophoblastes à 11 SA PCR Allèles normaux et petites prémutations Southern blot Analyse l’ADN Taille des fragments Méthylation

Dépistage précoce X fra Éviter les récurrences DPN Prise en charge précoce en CAMPS Lutter contre l’enfermement psychotique Guidance parentale

DYSTROPHIE MUSCULAIRE DE DUCHENNE (DMD) (1860) Fréquence: 1/3500 garçon né vivant quelque soit la population Transmission: récessive liée à l’X Physiopathologie:dégénérescence lente et inéluctable des fibres musculaires

DYSTROPHIE MUSCULAIRE DE BECKER (BMD) (1955) Fréquence: 1/35000 garçon né vivant Transmission: récessive liée à l’X Forme plus tardive et d’évolution plus lente; elle ne devient invalidante qu’au cours de la vie adulte Variation allélique et hétérogéneité clinique: DMD et BMD: 2 variantes phénotypiques d’une pathologie affectant un seul et même gène.

LE GENE Séquencé en 1987 Un très grand gène: - longueur: 2,4 Mb - 79 exons: taille moyenne des exons 180 pb taille moyenne des introns 30 kb Code pour une proteine: la Dystrophine (1988) - 3685 acides aminés - 427 kDaltons

Le gène de la Dystrophine: 2400 Kb 5 ' 3 ' 1 79 Pm 3 4 6 17 19 43 50 8 12 13 44 45 47 48 51 52 60 Les techniques: - Southern Blot (6 sondes cDNA) - PCR "multiplex" (18 exons) - Microsatellites (10; STR) - DGGE / PTT/ DHPLC Les mutations: - Délétions: 60 - 65 % (2 hot spots) - Duplications: 10 % - Mutations ponctuelles: 30 % Les problèmes: - Néomutations - Mosaiques germinales - Recombinaisons (12%)

Mme M. demande un Conseil Génétique Elle a 2 fils: Paul (10 ans) et Léo (8 ans) et une fille (6 ans). Léo présente des difficultés à la marche (chutes). Le diagnostic de myopathie de Duchenne évoqué cliniquement a été confirmé par la biopsie musculaire. Définition Traitement - Gravité Mode de transmission Gène – Mutation(s) DPN Mme M Paul Léo Lydie

Recherche d ’antécédents familiaux DCD 3 à 9 ans Myopathie? Mme M Paul Léo Lydie

Conseil génétique au terme de la consultation - risque génétique ? Risque pour Mme M: conductrice ou non? Risque pour Paul ? Risque pour Lydie ? - Conduite à Tenir Discussion du risque génétique Analyse moléculaire pour Léo: diagnostic direct+++ Analyse moléculaire pour ? information de la famille maternelle

Léo Témoin normal 3 43 50 13 6 47 60 52

Léo Témoin normal 3 43 50 13 6 47 60 52 Délétion 3 -> 43

Résultats de biologie moléculaire Conduite à tenir? DCD à 9 ans Myopathie? 3 Mme M. Paul Léo Lydie Délétion 3->43

Hier, appréciation du statut de conductrice par diagnostic indirect Aujourd’hui, évaluation du statut de conductrice par diagnostic direct ? DCD à 9 ans Myopathie? ? ? 3 Paul Léo Lydie ? Délétion 3->43

Diagnostic indirect: étude familiale, polymorphisme. Ex17 Dys II 2 1 3 3 2 2 3 1 1 2 3 2 ? ? Mme F. Mme A. ? 2 1 3 3 2 2 3 1 1 2 3 2 ? 2 1 3 3 1 2 3 2 Mme M. Mme D. Conductrice ou non? Mme D? Mme M? Mme F? Mme A? Paul Lydie 2 1 3 3 Léo 2 2 del del ?

Diagnostic direct: PCR quantitative: S44 et Ex17 Dys II 2 1 3 3 2 2 3 1 1 2 3 2 N N Mme F. Mme A. d 2 1 3 3 2 2 3 1 1 2 3 2 N 2 1 3 3 1 2 3 2 Mme M. Mme D. Paul Lydie 2 1 3 3 Léo 2 2 del del ? Mme M. est conductrice: néomutation survenue chez elle

Mme D. et son mari vous consultent. Ce couple envisage une grossesse et s ’inquiète en raison d ’ATCD de myopathie de Duchenne dans la famille de Mme D.: chez son frère et chez un oncle décédé à l ’âge de 15 ans Mme D. Léon Conduite à tenir?

Forme familiale de Myopathie de Duchenne Mme D. a 50% de risque d ’être conductrice Analyse moléculaire: - recherche d’une délétion dans le gène DMD chez Léon: PCR multiplex - prévoir les prélèvements familiaux pour étude indirecte le cas échéant

II III Pas de délétion Conductrice ou non? III2? II4? CA TG15 S50 S49 S44 Ex17 TG21 Dys II 1 4 2 2 1 4 3 2 1 1 2 1 3 2 1 1 2 3 2 2 3 2 3 1 3 4 1 2 3 2 1 1 2 III Pas de délétion 1 4 2 2 1 4 3 2 1 2 3 3 2 1 1 2 3 2 2 1 4 3 2 1 1 2 1 Conductrice ou non? III2? II4?

II III Pas de délétion Conductrice ou non? II4?Non Conductrice CA TG15 S50 S49 S45 S44 Ex17 TG21 Dys II 1 4 2 2 1 4 3 2 1 1 2 1 3 2 1 1 2 3 2 2 3 2 3 1 3 4 1 2 3 2 1 1 2 III Pas de délétion 1 4 2 2 1 4 3 2 1 2 3 3 2 1 1 2 3 2 2 1 4 3 2 1 1 2 1 Conductrice ou non? II4?Non Conductrice Pas de DPN ?! III2? Pas de réponse: RECOMBINAISON

Etant donné la recombinaison intra génique retrouvée chez III2, le statut de conductrice ou non conductrice reste incertain Un diagnostic direct (recherche de mutation ponctuelle) doit être envisagé chez le cas index: Léon (III3) Après plusieurs mois de recherche: mise en évidence d ’une mutation ponctuelle dans l ’exon 45 (mutation non sens introduisant un codon stop)

II4?Non Conductrice Pas de DPN M+ CA TG15 S50 S49 S45 S44 Ex17 TG21 Dys II 1 4 2 2 1 4 3 2 1 1 2 1 3 2 1 1 2 3 2 2 3 2 3 1 3 4 1 2 3 2 1 1 2 III M+ M+ 1 4 2 2 1 4 3 2 1 2 3 3 2 1 1 2 3 2 Conductrice ou non? II4?Non Conductrice Pas de DPN III2? Conductrice DPN possible 2 1 4 3 2 1 1 2 1

HÉRÉDITÉ MITOCHONDRIALE 34 HÉRÉDITÉ MITOCHONDRIALE √ Les maladies mitochondriales résultent de défauts au niveau des mitochondries (présentes dans toutes les cellules du corps à l’exception des globules rouges). √ Les cellules les plus affectées sont celles du cerveau, du cœur, du foie, des muscles, du rein et du système respiratoire (les tissus ayant le plus grand besoin énergétique). √ En fonction des cellules qui sont affectées, les symptômes peuvent être très différents.

Hérédité Mitochondriale 35 Hérédité Mitochondriale √ Les mitochondries sont exclusivement d‘origine maternelle. Si l’ensemble des mitochondries d’une cellule sont anormales, on parle d’homoplasmie. Si seules quelques mitochondries sont anormales dans une cellule, on parlera d’hétéroplasmie. √ L’âge de déclenchement de la pathologie, sa sévérité et les symptômes observés dépendent du pourcentage de mitochondries anormales dans un tissu donné.

Hérédité mitochondriale

Conseil génétique en pratique

Consultations de génétique Interrogatoire Généalogie Examen Clinique Photographies avec le consentement des patients Examens Complémentaires

Consanguinité

36 A B C F D G E

37 AD AR RLX Mito DLX Mito LY

Hérédité Chromosomique Analyse dysmorphologique

Microdélétion EX: Syndrome de Williams Mathieu 1 an Retard discret des acquisitions Cardiopathie Sténose supravalvulaire de l ’aorte Sténose Artère pulmonaire Hypercalcémie néonatale Dysmorphie spécifique

Génétique du syndrome de Williams Hérédité Sporadique Rare dominance Locus génétique Chromosome 7 Microdélétion 7q11 Hémizygotie au locus Elastine Délétions Autres gènes de la région: LIM Kinase 1 …..

Syndrome de l’alcoolisme fœtal Syndromes acquis Syndrome de l’alcoolisme fœtal

Autres « maladies héritées », non génétiques Syndrome d’Alcoolisme fœtal Sous-diagnostiqué 10 à 20% des QI 50-80 ? 1/1000 naissances en France Tableau malformatif RCIU précoce Malformations possibles CIV, CIA Fentes labiales ou labiopalatines

Présentation clinique RCIU avec PC non conservé Dysmorphie faciale Philtrum long, lisse et bombé Fentes palpébrales étroites … Malformations Hypoplasie des phalanges distales CIA, CIV, fentes faciales