Génétique Mucoviscidose 2024 Nouspikel PDF

Unité « De la molécule à la cellule » Cas de liaison mucoviscidose: Génétique Dr Thierry Nouspikel, MD, PhD Laboratoire de Diagnostic Moléculaire et Génomique Service de Médecine Génétique Département Diagnostique Hôpital Cantonal Universitaire de Genève ...

Unité « De la molécule à la cellule » Cas de liaison mucoviscidose: Génétique Dr Thierry Nouspikel, MD, PhD Laboratoire de Diagnostic Moléculaire et Génomique Service de Médecine Génétique Département Diagnostique Hôpital Cantonal Universitaire de Genève  Plan du cours Génétique de la mucoviscidose: – Le gène CFTR, la protéine – La maladie: récessivité, pléiotropie, expressivité variable. – Avantage évolutif ? Les mutations de CFTR – Pathogénicité (1 à 5) Clé Speakup: 73875 – Classes fonctionnelles (I à VI) – Corrélations génotype-phénotype – Exemples de mutations Calcul de risques – Transmission récessive: – Risque a priori: parents porteurs, frères+sœurs, Hardy-Weinberg – Consanguinité Test génétiques – Méthodes, sensibilité – Calcul de risques Sites de référence Mucoviscidose et maladies apparentées Pléiotropie = 1 gène, différents symptômes, différents organes  Le gène: CFTR Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator 230 kilobases 27 exons ARNm de 6.5 kilobases  La protéine CFTR Canal chlore, régulé par phosphorylation 1480 acides aminés 168 kDa Modifications post-translationnelles (glycosylation,…)  Expression tissulaire Exprimé dans: -Pancréas -Côlon, iléon -Poumon -Vésicule biliaire -Glandes sudoripares -Rein -Cœur -Parotides -etc. Transcription de CFTR (chez l’adulte) Transmission: autosomique récessive Atteint si les 2 copies de CFTR sont touchées - 2 mutations en trans (hétérozygote composé) - Homozygote (2x la même mutation) - 1 mutation + une délétion  Pénétrance ~complète, expressivité variable 10% 15-20% 0.5-10% 40-50% 95% ♂ Pénétrance incomplète = Mutations présentes sans symptômes Expressivité variable = différents symptômes chez différentes personnes (ou variation dans l’âge d’apparition des symptômes)  Pléiotropie, expressivité variable ? 1) Différentes mutations  effets variables, sur différents organes Mais parfois: même mutation, différents effets (=polyphénie) 2) Background génétique (polymorphismes fonctionnels) Gènes modificateurs 3) Effet de l’environnement (tabac, alcool,…)  Incidence variable selon les populations Donc la fréquence de porteur aussi est variable ! Suisse: 1/23 Pourquoi si fréquent ?  Avantage évolutif ? Exemple classique: Drépanocytose  Résistance à la malaria chez les hétérozygotes Explique la haute fréquence de porteurs dans les zones tropicales Mucoviscidose Mutation CFTR donnerait résistance au choléra chez les hétérozygotes V. cholera  exotoxine  épithélium intestinal  diarrhées  déshydratation (Rodman & Zamudio, 1991) Modèle murin (Gabriel et al. 1994) Souris CFTR-/- pas de diarrhées en réponse à exotoxine Souris CFTR+/- moins de diarrhées (~50%) que les souris CFTR+/+ Modèle humain (Högenauer et al. 2000) Sécrétion intestinale induite par analogue des prostaglandines. Patients homozygotes pas de sécrétion Hétérozygotes autant de sécrétion que les contrôles normaux Autres théories: résistance à la fièvre typhoïde, à la tuberculose, à l’asthme, etc.  Variants CFTR connus Plus de 1000 mutations pathogènes connues. Cf. https://cftr2.org A interpréter avec prudence (cf. background génétique…).  Polymorphismes bénins http://gnomad.broadinstitute.org (Marche pour n’importe quel gène)  Polymorphismes bénins p.Val470Met Très fréquent  bénin Prédiction de l’effet sur la protéine Fréquence allélique dans les diverses populations  Classes de pathogénicité des mutations 1. Bénin (>99.9% de certitude) 2. Probablement bénin (~90%) ? 3. Signification inconnue (VUS variant of unknown significance) 4. Probablement pathogène (~90%) 5. Pathogène (>99%) Critères de décision - Fréquence dans la population générale (A c. = séquence codante, correspondant à l’ARN messager) G>A = G en position 350 changé en A (pos 1 = ATG) p.Arg117His p. = protéine (Arginine 117 changée en Histidine)  Gly Arg Ile Ile Ala c.313delA et c.3773dupT Gly Arg Ser 1 2 Mutations tronquantes: changement du cadre de lecture  codon stop c.313delA  p.Ile105Serfs*2 fs = frameshift c.3773dupT  p.Leu1258Phefs*7 * = stop après x codons (parfois Ter ou X) del = délétion ins = insertion dup = duplication Non-sense mediated decay: destruction de l’ARN  pas de protéine (classe I)  c. 1717-1G>A et c.3120+1G>A Site accepteur Site donneur A D Mutation des sites d’épissage  saut d’exon D A +1 +2 +3 +4 +5 -5 -4- 3 -2 -1 Si nombre de bases dans l’exon n’est pas multiple de 3  changement de cadre de lecture  codon stop  dégradation ARNm  pas de protéine Classe 5 si activité d’épissage résiduelle, sinon classe 1  c.1811+1.6kbA>G Mutation enfouie loin dans un intron (1.6 kilobases). Effet sur la protéine ? X +1+2+3+4+5 -5 -4-3 -2 -1 Intègre exon cryptique  codon stop  dégradation ARN  pas de protéine  Calcul de risque, maladie récessive Couple de porteurs MN mn Risque d’avoir un enfant atteint ?  Calcul de risque, maladie récessive Un parent porteur, un non testé 1/1 ? nM nN ? Parent porteur: risque de 1 sur 2 de transmettre la mutation Parent non testé: Risque a priori d’être porteur (?) * risque de transmettre (1/2) Risque a priori: Fréquence de porteurs dans la population de laquelle ce parent est originaire  Equation de Hardy-Weinberg Valable pour une population qui est : - De grande taille - Stable (sans immigration) - Sans mutation de novo - Sans sélection naturelle Pour un gène avec deux allèles dans la population (e.g. N et M): p = fréquence (probabilité) de l’allèle principal N q = fréquence (probabilité) de l’allèle mineur M Par définition: p + q = 1 1/6 x 1/6 = 1/36 Pour deux chromosomes: (p + q)2 = p2 + 2pq + q2 NN NM+MN MM Génotype Mucoviscidose Phénotype 1/2’500 Incidence Prévalence q2 = 1/2’500  q = 1/50  p = 49/50 Fréquences alléliques Fréquence de porteurs: 2pq = 2 x 49/50 x 1/50 = 98/2’500 ≈ 1/25  Définitions Incidence Nombre de nouveaux cas (par an, par 100’000 naissances, etc.) Prévalence Nombre actuel de cas (par 100’000 personnes) Fréquence de porteurs Personnes avec 1 allèle muté Fréquence allélique Nombre d’allèles mutés dans la population Hardy-Weinberg Speakup 73875 a) 4/9 Fréquence de porteurs: b) 5/9 Fréquence allélique: Fréq allélique ? c) 6/10 d) 6/18  Hardy-Weinberg: utilisation En génétique médicale, elle sert à: Calculer les fréquences des trois génotypes possibles, à partir d’un seul Calculer la fréquence des porteurs (2pq) à partir de l’incidence (q2) Ou le contraire: l’incidence à partir de la fréquence des porteurs 1 parent porteur 1/1 ? 1/25 nM nN ? Risque d’avoir un enfant atteint ?  Cas particulier: consanguinité Fréquence des porteurs (2pq) : 1 sur 25 Probabilité d’un couple d’être tous les deux porteurs: 1/25 x 1/25 = 1/625 si non apparentés. Risque que l’enfant soit atteint: 1/25 * 1/25 * 1/4 = 1/2500 (= incidence) Si 1 parent porteur/porteuse: ½ Probabilité que le partenaire le soit aussi: 1/25 Risque que l’enfant soit atteint: ½ ½ 1/1 * 1/25 * 1/4 = 1/100 1/1 1/8 Mais si une porteuse a un enfant avec son cousin: 1 chance sur 8 qu’il soit lui aussi porteur ! ½ x ½ x ½ = 1/8 1 chance sur 32 que l’enfant soit atteint 1/1 x 1/8 x 1/4 = 1/32  Cas particulier: frères et sœurs Si mon frère est atteint de mucoviscidose, quel est le risque que je sois porteur sain d’une mutation causative? a) 1 sur 4 b) 1 sur 3 c) 1 sur 2 d) 2 sur 3 e) 3 sur 4 Speakup 73875  Tests génétiques de CFTR Séquençage complet des exons (+sites d’épissage + 2-3 mutations introniques). Haute sensibilité, mais coûteux (1820 CHF) Ne détecte pas les grandes délétions (rares) Recherche de délétions par MLPA Rapide et bon marché (450 CHF) Ne détecte pas les mutations ponctuelles Recherche des mutations les plus fréquentes Selon les kits: 23, 32, 50 mutations Rapide et bon marché (470 CHF) Test adapté à une population donnée  pas toujours sensible pour une autre Test de Guthrie Recherche à la naissance des mutations les plus fréquentes Illégal sans conseil génétique  résultats détaillés non communiqués !  Test de 32 mutations fréquentes Sensibilité du test (% de mutations détectées, en termes de fréquence). Effets de fondateur: spectre de mutations différentes selon la population  Risque résiduel Risque d’être porteur malgré un test négatif (e.g. mutation rare, pas recherchée) Risque a priori d’être porteur = fréquence de porteur dans la population d’origine Suisse: 1/23 Risque d’avoir une mutation non détectable = dépends du test et de la population Suisse, kit 32 mutations: 12% Calcul rapide Risque résiduel= risque a priori * probabilité de non-détection Exemple: kit 32 mutation, patient suisse. Calcul rapide: 1/23 * 12/100 = 1/192 Calcul Bayesien Tient compte des 2 possibilités (porteur mutation rare / pas porteur) Indispensable si le risque a priori est élevé  Calcul Bayesien Porteur Pas porteur Risque a priori: 1/23 22/23 Prob. test négatif: 12/100 100/100 Probabilité jointe: 1/192 22/23 Total: 1/192+22/23 = 0.962 Risque a posteriori: 1/192 / 0.962 = 1/186 Porteur Pas porteur Risque a priori: 2/3 1/3 Prob. test négatif: 12/100 100/100 Probabilité jointe: 1/12.5 1/3 Total: 1/12.5+1/3 = 0.413 Risque a posteriori: 1/12.5 / 0.413 = 1/5.2 Si risque a priori élevé  calcul de Bayes  Infos transmises par le médecin Analyse demandée Détails: Liste de Mutations détectables Version du kit, etc Résultat Notation HGVS Interprétation: Risque résiduel Détails: Fréq de porteurs Sensibilité du kit Deux signatures Conseil génétique obligatoire  Sites internet utiles OMIM (Online Mendelian Inheritance in Man) www.omim.org -Tous les gènes impliqués dans des maladies (4000 gènes, 6000 maladies) - Annotations de la littérature scientifique GeneReviews NCBI www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK1116/ -Articles de revue sur des maladies choisies (700 articles) -Rédigés et approuvés par des experts -Structure commune pour tous les articles Genetics Home Reference NIH ghr.nlm.nih.gov -Site orienté « patients » - 1400 gènes, 1200 maladies -Structure commune pour toutes les pages Web  Objectifs d’apprentissage  L’origine génétique de la mucoviscidose, mode de transmission (récessif)  Les classes de mutations de CFTR et leurs conséquences  Calculs de risque: à partir d’un arbre généalogique équilibre de Hardy-Weinberg consanguinité  L’épidémiologie de la mucoviscidose: incidence variable selon les populations effet de fondateur avantage pour les hétérozygotes.  Relation génotype-phénotype illustrée par la mucoviscidose: pléiotropie variabilité d’expression (polyphénie) facteurs modificateurs : effet de l’environnement, gènes modificateurs.  Diagnostic de la mucoviscidose: tests génétiques calcul du risque résiduel