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Ophtalmologie
Génétique et oeil
Cours d'Ophtalmologie
 
 
 

Introduction :

L’ophtalmologie est, en quelque sorte, une spécialité pionnière dans le domaine de la génétique humaine car plusieurs découvertes portant sur des pathologies oculaires ont ouvert la voie à des concepts plus généraux.

Par ordre chronologique, citons ces principales étapes : la première description d’une maladie héréditaire (protanopie en 1798) et la localisation de cette maladie à un chromosome spécifique (chromosome X en 1911), le premier ouvrage de référence en génétique humaine (Waardenburg en 1932), la première maladie localisée sur un autosome (cataracte centrale pulvérulente sur le chromosome 1), les théories moléculaires des cancers héréditaires (gène du rétinoblastome), la mise en évidence moléculaire du mode de transmission digénique (mutations dans deux gènes différents responsables d’une même pathologie).

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L’essor impressionnant des techniques de biologie moléculaire et les connaissances qui en découlent permettent actuellement d’individualiser la génétique ophtalmologique comme une entité ophtalmologique à part entière.

Le but de ces travaux est d’identifier les gènes responsables de pathologies héréditaires oculaires afin de comprendre le mécanisme physiopathogénique sous-jacent, de pouvoir proposer un diagnostic moléculaire dans certains cas et d’orienter les abords thérapeutiques.

De jour en jour, de nouveaux gènes responsables de pathologies oculaires sont localisés ou identifiés et permettent d’aborder sous un angle nouveau l’ensemble de ces pathologies pour lesquelles un tableau imparfait sera brossé en raison de l’avancée continuelle et très rapide de tous ces travaux de recherche.

Les maladies oculaires monogéniques ont d’abord été étudiées et actuellement les gènes de susceptibilité pour des pathologies plus complexes car polygéniques sont abordées.

L’interface entre le phénotype (aspect clinique) et le génotype (aspect génétique) ne fait que se rétrécir au fil du temps.

Le but de ce chapitre est de rappeler les bases nécessaires à la compréhension et aux conséquences de ces découvertes afin que le praticien puisse profiter pleinement de ces progrès ainsi que de leurs interactions avec les généticiens et les biologistes moléculaires.

Pour rester concis, seules les pathologies génétiques avec une composante ophtalmologique prédominante seront traitées en excluant les nombreuses manifestations oculaires accompagnant beaucoup de maladies héréditaires.

Il est malheureusement impossible de traiter en détail chaque groupe de pathologies qui mériterait en fait d’être, pour chacune d’entre elles, un chapitre individuel.

Les tableaux résument les principales découvertes récentes portant sur la génétique ophtalmologique mais il est évident qu’ils sont d’ores et déjà incomplets étant donné la rapidité de certains travaux de recherche dans ce domaine.

Bases de la génétique humaine :

A - Matériel génétique :

Le concept de base de la génétique moderne est l’existence, dans le noyau de chaque cellule, de molécules d’acide désoxyribonucléique (ADN) détenant l’information nécessaire pour la survie et le fonctionnement de la cellule.

L’ADN humain est empaqueté dans le noyau de la cellule sous forme de chromosomes.

L’information contenue dans ces chromosomes constitue le génome humain.

Cette information génétique est organisée en gènes dont chacun occupe une place déterminée dans une région chromosomique précise.

Les gènes codent pour des protéines spécifiques responsables de fonctions précises dans la cellule en question.

Le nombre de gènes dans le génome humain semble compris entre 50 000 et 100 000.

Les gènes sont séparés par des portions plus ou moins longues d’ADN non codant.

L’ADN est constitué de deux chaînes polynucléotidiques enroulées l’une avec l’autre pour former une double hélice.

Les nucléotides qui sont les maillons de cette chaîne sont au nombre de quatre : adénine et guanine (bases puriques) et cytosine et thymine (bases pyrimidiques).

Chaque base purique d’une chaîne s’apparie avec une base pyrimidique sur l’autre chaîne.

Un gène donné est déterminé de façon précise par sa séquence (succession bien précise des bases de la partie codante de ce gène).

Le génome humain comporte 3,109 paires de bases. Les nucléotides peuvent être considérés comme un véritable alphabet, décrypté par la machinerie intracellulaire pour être traduit en une protéine constituée d’une combinaison variable de 20 acides aminés (chaque acide aminé correspond à une succession déterminée de trois nucléotides répondant au code génétique).

Une mutation désigne un changement intervenu dans la séquence d’ADN entraînant une altération de ce message génétique.

Elle peut par exemple être un changement au niveau d’une seule base (mutation ponctuelle) dont les conséquences au niveau protéique pourront être variables (absence, structure anormale ou dysfonction de la protéine...).

L’altération du gène sera responsable du phénotype clinique, c’est-à-dire de la maladie génétique. Les affections génétiques doivent être considérées à plusieurs niveaux.

Il est classique de distinguer les pathologies chromosomiques (impliquant en général plusieurs gènes au niveau de l’anomalie chromosomique) analysables au microscope grâce au caryotype et les pathologies moléculaires dues à des anomalies moléculaires au niveau d’un gène analysables en biologie moléculaire uniquement et résultant parfois de la mutation d’une seule base.

B - Chromosomes et désordres chromosomiques : intérêt du caryotype

L’ADN humain est empaqueté dans les noyaux des cellules sous forme de chromosomes ; chaque noyau contient 46 chromosomes.

Chaque cellule contient deux copies de chacun des 22 autosomes et deux chromosomes sexuels (XYpour l’homme etXXpour la femme). Les cellules reproductrices ne possèdent qu’un seul de chacun des chromosomes d’une même paire.

Le caryotype est l’analyse morphologique des chromosomes d’une cellule, le plus souvent fait après une simple prise de sang (il est également réalisable à partir d’autres tissus comme les cellules du liquide amniotique, les fibroblastes…).

Il est analysé de manière standardisée après classement des paires chromosomiques numérotées selon leurs tailles et leurs formes, de 1 à 22 ainsi que les chromosomes sexuels.

Actuellement, il existe des techniques associant la biologie moléculaire permettant d’affiner l’analyse du caryotype comme par exemple la FISH (fluorescent in situ hybridization).

Les anomalies chromosomiques sont à l’origine de syndromes cliniques qui comportent fréquemment des atteintes oculaires mais très rarement isolées.

Deux catégories d’aberrations chromosomiques existent : les anomalies de nombre et les anomalies de structure.

Les anomalies de nombre sont dues à la perte ou l’addition d’un chromosome au caryotype, comme par exemple les trisomies (trisomies 21, 18, 13 pour les plus fréquentes) ou les monosomies dont la plus fréquente est le syndrome de Turner (monosomie X).

Les anomalies de structure comportent les translocations (échange de matériel entre deux chromosomes) ou les délétions (perte entre deux cassures d’un segment chromosomique).

C - Pathologies chromosomiques et oeil :

Les aberrations chromosomiques se manifestent cliniquement, lorsqu’elles ne conduisent pas à un avortement, par des syndromes malformatifs généralement complexes associant des éléments dysmorphologiques, des atteintes malformatives systémiques et un retard mental auxquels se rajoutent parfois des anomalies oculaires.

Dans ces cas, l’indication du caryotype est en général évidente et l’atteinte oculaire souvent au deuxième plan.

Il existe pourtant des cas où le caryotype peut ou doit faire partie d’un bilan ophtalmologique.

Par exemple, dans le cadre d’un diagnostic d’aniridie pour détecter un syndromeWAGR(tumeur deWilms, Aniridie, anomalies Génitourinaires, Retard mental) qui peut conduire à une surveillance rénale rapprochée pour détecter un néphroblastome.

Dans le cas de l’association d’une malformation oculaire et d’un retard mental et/ou de malformations systémiques inexpliqué(es), un caryotype peut permettre éventuellement de mettre en évidence une aberration chromosomique.

Exceptionnellement, le caryotype peut montrer une translocation X-autosome ou un syndrome de Turner chez une femme atteinte d’une affection connue pour être transmise par le chromosome X.

D - Maladies héréditaires : modes de transmission

1- Hérédité monogénique :

L’hérédité monogénique est due à une mutation dans un seul gène entraînant un phénotype anormal.

Cette hérédité monofactorielle, reposant sur les lois de Mendel, se distingue de l’hérédité polygénique (implication de plusieurs gènes) et multifactorielle (implication de facteurs génétiques et non génétiques comme l’environnement).

Chaque gène est présent en deux exemplaires, mis à part les gènes portés par les chromosomes sexuels.

Chaque copie est appelée allèle.

Un homozygote est un individu qui possède les deux mêmes allèles dans un gène donné alors qu’un individu hétérozygote possède deux allèles différents.

Les individus mâles sont hémizygotes pour tous leurs gènes situés sur le chromosome X puisqu’ils n’en possèdent qu’un.

2- Hérédité polygénique et multifactorielle :

L’hérédité polygénique se définit par la transmission d’un caractère déterminé par l’action combinée de plusieurs gènes non allèles situés sur des chromosomes différents et exerçant des actions additives.

Pour l’hérédité digénique, deux mutations dans deux gènes différents sont nécessaires pour que la maladie apparaisse pour un individu donné.

La première preuve moléculaire de ce type d’hérédité a été établie par l’étude de deux gènes impliqués dans l’apparition d’une rétinopathie pigmentaire impliquant la protéine ROM-1 et la périphérine.

Le mode de transmission multifactoriel est dû à plusieurs gènes non allèles déterminant un caractère plus ou moins influencé par des facteurs non génétiques environnementaux.

Ceci est le cas pour le diabète, l’hypertension artérielle et également pour des pathologies ophtalmologiques comme la dégénérescence maculaire liée à l’âge, le glaucome primitif à angle ouvert ou encore le strabisme.

3- Maladies mitochondriales : hérédité maternelle

Les mitochondries, organites intracytoplasmiques assurant les fonctions énergétiques au sein des cellules, possèdent leur propre matériel génétique : l’ADN mitochondrial.

Les mitochondries maternelles (situées dans le cytoplasme de l’ovule) sont les seules à participer à la formation du zygote, les mitochondries des spermatozoïdes étant éliminées lors de la fécondation.

Ceci explique que les affections dues à des mutations dans l’ADN mitochondrial sont transmises par les femmes uniquement selon une hérédité dite maternelle.

Les mutations sont transmises par une femme (soit atteinte, soit conductrice) à ses enfants alors qu’elles ne sont jamais transmises par un homme atteint.

L’hétéroplasmie désigne la coexistence dans une même cellule, selon des proportions variables, d’ADN muté et d’ADN non muté.

Chaque cellule contient plusieurs centaines de mitochondries et chaque mitochondrie plusieurs copies de son ADN.

La ségrégation des molécules d’ADN mutées se fait au hasard, la proportion de copies mutées dans les cellules est donc variable : il s’agit de l’hétéroplasmie.

Ceci explique en partie que les maladies mitochondriales peuvent avoir une expression clinique hétérogène, variable et souvent imprévisible.

La prise en charge, et notamment le conseil génétique de ces pathologies, est souvent multidisciplinaire (généticiens, pédiatres, ophtalmologistes, oto-rhino-laryngologiste…).

Des myopathies ou des manifestations au niveau du système nerveux central dominent souvent mais les manifestations oculaires ne sont pas rares, comprenant selon les cas des atrophies optiques, des ophtalmoplégies et des rétinopathies pigmentaires dites « atypiques ».

E - Génétique moléculaire : localisation et identification de gènes

Les progrès extraordinaires de la biologie moléculaire ouvrent actuellement des perspectives inespérées quant à la compréhension de maladies ophtalmologiques monogéniques ou même multifactorielles.

La connaissance de gènes responsables de maladies oculaires héréditaires monogéniques a permis l’identification de protéines souvent au préalable inconnues.

L’étape suivante est de comprendre la fonction physiologique de la protéine dans la rétine et de comprendre les mécanismes de la maladie.

Deux approches non exclusives l’une de l’autre permettent d’identifier des gènes responsables de maladies héréditaires : l’approche par gène candidat (génétique « classique ») et l’approche par génétique positionnelle ou cartographie génétique (génétique « inverse »).

Dans l’approche par gène candidat, l’étude porte directement sur un gène connu dont la protéine est susceptible d’être impliquée dans les mécanismes physiopathogéniques.

Mais, pour la plupart des maladies oculaires, il n’y a pas de gène candidat évident.

Ainsi, un grand nombre de gènes responsables de pathologies oculaires ont bénéficié de l’approche désormais classique de cartographie génétique basée sur les études de liaison génétique (ou étude de linkage).

Cette approche comporte, sur une première étape consistant à rechercher la coségrégation d’un marqueur chromosomique avec une pathologie donnée dans une ou plusieurs familles bien caractérisées sur le plan clinique.

Ces études permettent de montrer que le gène pathologique se trouve à proximité du marqueur, ce qui est matérialisé par le calcul du lod-score.

La première étape aboutit à la localisation du gène.

Les marqueurs génétiques les plus utilisés désormais sont les microsatellites constitués de répétions courtes d’ADN réparties à travers tout le génome.

La détection de la variation de taille de ces marqueurs est facile grâce à l’utilisation de la polymerase chain reaction (PCR).

La localisation chromosomique est ensuite précisée et il est possible alors d’identifier le gène qui sera cloné et séquencé.

De nombreux progrès techniques ont permis d’aboutir à l’identification de gènes, utilisant notamment des chromosomes artificiels de levure (YACs, yeast articificial chromosomes), des cosmides, des banques d’ADN tissu spécifiques...

Ces recherches peuvent être accélérées si dans la région chromosomique d’intérêt se situent des gènes candidats, qui sont testés directement, passant outre l’étape de « marche vers le gène ».

Les mutations dans le gène identifié sont caractérisées et la protéine étudiée quant à sa fonction normale et aux conséquences de son altération.

Il est important dans tous les cas de s’assurer que la mutation est bien pathologique et ne correspond pas à un polymorphisme sans conséquence.

Il faut que la mutation « ségrège » avec la maladie dans la famille et ne soit pas présente chez des personnes de la population générale ne présentant pas la maladie.

À titre d’exemple, le premier gène identifié comme responsable de rétinopathie pigmentaire autosomique dominante (RPAD) a été d’abord localisé à l’aide d’une grande famille autosomique dominante irlandaise de rétinopathie pigmentaire sur le bras long du chromosome 3, en 3q21-24 précisément, dans la région chromosomique où était localisé le gène codant pour la rhodopsine (protéine majeure de la cascade de la transduction visuelle au niveau du segment externe des photorécepteurs).

Plus de 90 mutations différentes ont été découvertes ensuite dans ce gène expliquant près de 20 % des formes de RPAD.

Il faut rajouter que l’identification de remaniements chromosomiques peut indiquer d’emblée une région chromosomique d’intérêt pour une pathologie donnée, comme par exemple le syndromeWAGR dû à une délétion en 11p13 emportant, entre autres gènes, le gène responsable de l’aniridie isolée transmise sur le mode autosomique dominant (le gène pax 6).

Les translocations entre le chromosome X et un autosome chez des patients porteurs d’une pathologie liée à l’X peuvent permettre une localisation rapide du gène morbide, comme celui responsable de la choroïdérémie par exemple.

Ceci souligne encore une fois l’importance de la détection de remaniements chromosomiques rares accélérant parfois la procédure d’identification de gènes.

Une fois que la mutation dans un gène est identifiée, il s’agit ensuite de comprendre le mécanisme pathogénique sous-jacent.

Les corrélations entre le phénotype et le génotype sont un passage obligatoire de l’étude de ces maladies.

L’étude de souris transgéniques et de souris knock-out offre également des informations précieuses quant à la compréhension des maladies.

Le clinicien joue un rôle inestimable car ces études se basent sur un diagnostic précis et des études cliniques familiales sont indispensables dans la caractérisation du phénotype.

F - Complexité des corrélations génotype-phénotype :

L’identification de gènes responsables de maladies oculaires a permis de dévoiler la complexité des corrélations génotype-phénotype.

Par exemple, en ce qui concerne les rétinopathies pigmentaires, le phénotype classique est assez stéréotypé (baisse progressive de la vision périphérique, hespéranopie, aspect caractéristique du fond d’oeil avec les ostéoblastes diffus…).

Avant les études en biologie moléculaire, plusieurs modes de transmission avaient été décrits (autosomique dominant et récessif, lié à l’X).

De nombreux gènes, codant pour des protéines de structure ou de fonction du photorécepteur, présentent des mutations expliquant ce phénotype commun.

De plus, des mutations (différentes) dans un gène donné peuvent être retrouvées pour des modes de transmission différents (exemple : mutations dans la rhodopsine, rétinopathies pigmentaires autosomiques dominantes ou récessives) ou de phénotypes différents (mutations dans la rétinopathie pigmentaire

- maladie évolutive ou cécité nocturne congénitale

- maladie non évolutive).

Il est important de souligner que l’identification de gènes dans des pathologies oculaires génétiques bien connues permet d’aborder les mécanismes génétiques impliqués dans des pathologies polygéniques ou multifactorielles héréditaires.

Ainsi, le gène impliqué dans la maladie de Stargardt serait également impliqué, du moins en partie, dans la genèse de la dégénérescence maculaire liée à l’âge.

De même, le gène identifié comme responsable de glaucome juvénile, le gène codant pour la myocilline, est probablement impliqué dans le déterminisme du glaucome à angle ouvert.

G - Conseil génétique :

Le conseil génétique est un acte médical.

Il s’agit d’une consultation qui va permettre de tenter de répondre à toutes les interrogations d’un patient ou de sa famille en ce qui concerne les conséquences de la maladie génétique pour l’individu lui-même, pour ses proches ou pour sa descendance à venir.

Cette consultation peut apprécier le risque génétique de récurrence de la maladie dans la famille, permet de proposer une approche de diagnostic prédictif ou de diagnostic prénatal le cas échéant.

Le suivi des patients à l’issue de cette consultation est important et il ne s’agit souvent pas d’une consultation ponctuelle.

Il est possible parfois de proposer selon la pathologie et l’état des connaissances un diagnostic moléculaire qui peut déboucher sur un diagnostic prédictif (famille de glaucome à angle ouvert avec une mutation dans la myocilline), positif (atrophie optique de Leber), anténatal (amaurose congénitale de Leber dans certains cas)…

Génétique ophtalmologique :

A - Affections héréditaires du segment antérieur :

1- Kératopathies héréditaires :

Les kératopathies héréditaires constituent un groupe hétérogène de dystrophies de la cornée induisant une opacification progressive de la cornée.

Quatre kératopathies héréditaires ont été localisées sur le chromosome 5 en 5q31 : la dystrophie granulaire de Groenouw type 1, la dystrophie de Reis- Bücklers, la dystrophie « lattice » type 1 et la dystrophie cornéenne d’Avellino.

Le gène responsable de ces quatre affections a été identifié et code pour la R124 kératoépithéline.

L’origine moléculaire de ces quatre entités cliniques est donc commune.

Des mutations différentes dans un même gène codant pour cette protéine cornéenne sont responsables de dystrophies cornéennes cliniquement différentes.

2- Glaucomes héréditaires :

Les glaucomes sont un groupe de maladies hétérogènes dont le début des manifestations cliniques peut survenir de la naissance à un âge avancé de la vie.

La classification actuelle repose sur des critères étiologiques (primitif ou secondaire, dysgénésiques), anatomiques (angle ouvert ou fermé) et selon l’âge de début (glaucome congénital, juvénile ou adulte).

Le caractère héréditaire de certains types de glaucomes est clairement établi comme pour les dysgénésies du segment antérieur telles que le syndrome de Rieger clairement autosomique dominant.

Le facteur familial est également bien reconnu dans certaines familles de glaucomes congénitaux (environ 30 %des glaucomes congénitaux seraient autosomiques récessifs).

En ce qui concerne le glaucome primitif à angle ouvert (GPAO) une composante héréditaire est indéniable mais n’est pas, d’une manière générale, le seul facteur en cause.

En effet, ce glaucome est considéré comme une maladie multifactorielle pour laquelle il peut exister un déterminisme génétique sous la forme éventuelle de gènes de susceptibilité, mais également d’autres facteurs non génétiques.

Cependant, il existe de manière indiscutable des cas familiaux de GPAO clairement autosomiques dominants avec souvent une pénétrance réduite.

L’étude de ces familles est très importante pour identifier des gènes codant pour des protéines importantes dans la genèse des glaucomes.

D’ores et déjà, les études familiales portant sur des familles de GPAO autosomiques dominants ont permis de prouver l’hétérogénéité génétique de ces formes familiales puisque plusieurs gènes ont été localisés.

L’exemple du gène codant pour la myocilline est démonstratif puisque des mutations dans ce gène ont été découvertes, d’abord pour des familles de glaucome juvénile autosomiques dominantes.

Par la suite, des mutations dans ce gène ont été découvertes dans certaines familles avec une forme familiale de GPAOclassique et même, beaucoup plus rarement certes, chez des patients avec un GPAO.

La proportion de patients avec un GPAO dans la population générale possédant une mutation dans le gène de la myocilline est faible (environ 5 %), ce qui explique qu’un test de dépistage ne serait pas à l’heure actuelle légitime sur le plan de la santé publique.

Il existe dans le Nord de la France un effet fondateur pour des familles porteuses d’une mutation dans le gène de la myocilline et présentant un GPAO.

Ces découvertes soulignent néanmoins le fait que la myocilline est certainement une protéine très importante dans la genèse des glaucomes à angle ouvert. Bien que cette protéine soit présente au niveau du trabéculum, son rôle exact reste à définir.

L’identification de gènes impliqués dans les formes héréditaires de glaucomes monogéniques va permettre de mieux comprendre les mécanismes physiopathogéniques sous-jacents dans certaines formes de glaucomes et éventuellement d’orienter les approches thérapeutiques.

L’hétérogénéité génétique est également reconnue pour des formes de glaucomes dysgénésiques comme le syndrome de Rieger où actuellement deux gènes, impliqués dans le développement de l’oeil et d’autres organes, ont été identifiés : le gène pitx2 et le gène fkhl (Forkhead 7).

Ces deux gènes sont des gènes impliqués dans le développement du segment antérieur de l’oeil.

3- Anomalies iriennes :

L’aniridie se caractérise par une hypoplasie irienne plus ou moins accentuée qui peut survenir soit sporadiquement, soit sur le mode autosomique dominant.

Une vision médiocre accompagnée souvent d’un nystagmus et une hypoplasie fovéale, un glaucome, une cataracte sont souvent associés.

Il est important de savoir que dans un quart des cas d’aniridie sporadique une délétion sur le chromosome 11 peut être détectée dans le cadre d’un syndromeWAGR.

Une surveillance rénale est indispensable dans ce cas pour dépister une éventuelle tumeur deWilms.

Les familles présentant une aniridie (isolée) autosomique dominante peuvent correspondre à des mutations dans un gène du développement localisé sur le bras court du chromosome 11 : le gène pax6.

Des mutations dans le gène pax6 ont ensuite été identifiées pour des hypoplasies fovéales familiales isolées d’une part et dans certains cas de dysgénésies du segment antérieur, notamment parfois pour l’anomalie de Peter.

4- Cataractes héréditaires :

Les cataractes héréditaires sont un groupe de maladies hétérogènes sur un plan clinique et génétique.

La transmission est classiquement autosomique dominante mais il existe des cas avec une transmission autosomique récessive ou récessive liée à l’X.

Les formes cliniques de cataractes autosomiques dominantes sont nombreuses. Les cataractes héréditaires représentent 30 % des cataractes congénitales.

Il existe un certain nombre de classifications reposant sur des critères morphologiques, des critères nominatifs en fonction du nom de la famille dans laquelle elle a été décrite pour la première fois  ou encore selon l’ophtalmologiste de cette famille.

La dernière classification en date a l’avantage d’être assez succincte, proposant sept formes cliniques : polaire antérieure, polaire postérieure, corticale, céruléenne (à ponctuations bleues), lamellaire (zonulaire), coralliforme et pulvérulente.

Récemment, plusieurs gènes ont été localisés et quatre gènes ont été identifiés comme responsables de cataractes autosomiques dominantes.

Les gènes identifiés correspondent pour trois d’entre eux à des protéines du cristallin solubles (famille des cristallines) et pour l’une d’entre elles à une protéine non soluble (la connexine 50 ou MPZ70).

Il faut noter que pour une même forme clinique comme la cataracte de type céruléenne, il existe d’ores et déjà au moins deux localisations chromosomiques.

De plus, il semblerait que dans certains cas une même localisation chromosomique corresponde à deux formes de cataractes différentes.

Ceci démontre la complexité et l’hétérogénéité génétique de ces cataractes autosomiques dominantes. Une forme particulière de cataracte pulvérulente autosomique dominante a récemment été décrite comme associée à une hyperferritinémie (avec un fer sérique normal) et due à des mutations dans le gène codant pour la chaîne légère de la ferritine.

B - Affections héréditaires du segment postérieur :

1- Rétinopathies pigmentaires :

Les rétinopathies héréditaires sont un groupe de pathologies oculaires qui a tout particulièrement bénéficié des progrès de la biologie moléculaire de ces dix dernières années.

En effet, de nombreux gènes sont actuellement localisés pour les rétinopathies pigmentaires, dont une grande partie sont identifiés.

Ces découvertes ont permis de prouver la grande hétérogénéité moléculaire de ces affections à laquelle se rajoute l’hétérogénéité clinique (variabilité pour l’âge de début, anomalies du fond d’oeil...) et génétique (plusieurs modes de transmission sont connus : autosomique dominant et récessif, récessif et, beaucoup plus rarement, dominant lié à l’X).

Les rétinopathies pigmentaires illustrent parfaitement l’hétérogénéité génétique dans le sens où un même phénotype peut résulter de mutations dans des gènes différents.

En ce qui concerne les formes syndromiques de rétinopathies pigmentaires, généralement autosomiques récessives, plusieurs gènes sont souvent identifiés ou localisés comme par exemple pour l’amaurose congénitale de Leber, et pour les syndromes de Usher et de Bardet-Biedl.

Ceci permet de comprendre les difficultés que peuvent soulever des cas de conseil génétique concernant ces pathologies, en particulier lorsque le gène morbide n’est pas encore identifié dans la famille consultante.

L’exemple de l’amaurose congénitale de Leber est caricatural.

Cette dystrophie rétinienne survenant à la naissance et condamnant l’enfant atteint à la cécité est partiellement expliquée sur le plan moléculaire.

Actuellement, trois gènes sont identifiés (la guanylate cyclase, rpe65 et crx.

Pour certaines familles, d’autres gènes qui ne sont pas encore connus sont responsables de l’affection.

Dans ces cas il est très difficile de proposer un conseil génétique reposant sur des bases moléculaires dans la perspective d’un diagnostic anténatal tant que tous les gènes responsables de l’affection ne sont pas identifiés.

Les gènes identifiés comme responsables de dystrophies héréditaires de la rétine sont pour une partie des gènes qui codent pour des protéines qui étaient connues au préalable comme les protéines impliquées dans la cascade de la transduction visuelle (rhodopsine, sous-unité bêta de la phosphodiestérase, guanylate cyclase) ou des protéines de structure du photorécepteur (périphérine, ROM-1).

Dans un certain nombre de cas, l’identification de gènes codant pour des protéines jusqu’alors inconnues permet de compléter les connaissances sur la physiologie rétinienne et surtout de tenter de mieux appréhender les mécanismes physiopathogéniques qui conduisent à la dégénérescence des photorécepteurs.

Le gène rpgr, localisé sur le chromosome X, était inconnu avant les études sur les rétinopathies pigmentaires liées à l’X.

Ce gène responsable de certaines des rétinopathies pigmentaires liées à l’X est probablement un gène exprimé dans toutes les cellules de l’organisme en tant que facteur échangeur de nucléotide dans la cellule.

Il s’agit maintenant de comprendre quelle est sa fonction dans le photorécepteur et pourquoi son altération conduit à la dégénéresence de ce dernier.

2- Maculopathies héréditaires :

L’exemple du gène codant pour la protéine ABCR (ATP binding cassette transporter retinal), dont les mutations sont reconnues comme étant responsables de la maladie de Stargardt, est démonstratif.

Dans un premier temps, la maladie de Stargardt a été localisée sur le bras court du chromosome 1 puis identifiée comme étant la protéineABCR dont l’existence dans la rétine était inconnue.

Alors que pendant des années la maladie de Stargardt était considérée comme une maladie débutant au niveau de l’épithélium pigmentaire, la localisation de cette protéine dans le segment externe du bâtonnet a été clairement établie, remettant en cause les concepts physiopathogéniques plus anciens.

La fonction exacte de cette protéine dans le transport interne au niveau du segment externe du bâtonnet reste à préciser.

Il apparaît maintenant qu’elle joue un rôle central dans la maladie de Stargardt (mutation à l’état homozygote) mais également comme facteur de susceptibilité putatif dans la dégénérescence maculaire liée à l’âge (mutation à l’état hétérozygote).

Des travaux récents ont effectivement pu mettre en évidence des mutations à l’état hétérozygote chez des patients atteints de dégénérescence maculaire liée à l’âge, mais ceci reste discuté dans la communauté scientifique.

Plus étonnante encore est la mise en évidence à l’état homozygote de mutations dans ABCR pour des patients atteints de rétinopathie pigmentaire récessive autosomique sévère.

Ceci illustre une fois de plus la complexité des dystrophies de rétine puisque, pour ce gène ABCRet pour des mutations différentes selon qu’elles sont exprimées à l’état homozygote ou hétérozygote, il existe trois phénotypes très différents : maladie de Stargardt, rétinopathie pigmentaire ou encore gène de susceptibilité pour la dégénérescence maculaire liée à l’âge.

D’autres maculopathies héréditaires ont également bénéficié des progrès de la biologie moléculaire.

Un gène responsable de la maladie de Best a été identifié récemment.

Il code pour la protéineTU15B dont l’existence était inconnue dans la rétine.

Le gène codant pour la protéine 1A activatrice de la guanylate cyclase est impliqué dans une forme de dystrophie des cônes et un gène du développement, le gène crx, récemment identifié pour une forme de cone-rod dystrophie.

L’identification des gènes responsables de dystrophies maculaires est un grand pas vers une meilleure connaissance de la biologie cellulaire maculaire, la physiopathogénie des maladies héréditaires maculaires et une meilleure compréhension pour des dégénérescences maculaires liées à l’âge.

3- Maladies héréditaires du nerf optique :

Alors que le tableau clinique des atrophies optiques autosomiques dominantes est relativement hétérogène avec des atteintes plus ou moins sévères, un gène qui semble être un gène majeur pour cette maladie a été localisé sur le bras long du chromosome 3.

Il y aurait peut-être une hétérogénéité génétique pour cette pathologie.Un gène d’atrophie optique lié à l’X a été également localisé.

L’atrophie optique de Leber est citée dans le chapitre consacré aux cytopathies mitochondriales.

Il existe une entité clinique particulière associant un colobome de la tête des nerfs optiques avec des anomalies rénales (reflux vésico-urétéral et anomalies du parenchyme) qui a été attribuée récemment à des mutations dans un gène impliqué dans le développement de l’oeil et du rein : pax2.

Conclusions : intérêt des banques de données

Le nombre de gènes identifiés comme responsables de pathologies oculaires va grandissant de jour en jour, ce qui ne permet ici de donner qu’un aperçu ponctuel et très incomplet de l’état des connaissances au moment où ce chapitre est rédigé.

Le projet Human Genome Project prévoit qu’en l’an 2005 la localisation de tous les gènes et la connaissance de leur séquence. Plusieurs sites Internet sont accessibles et régulièrement mis à jour :

– ORPHANET : banque de données établie par l’INSERM pour les maladies dites orphelines, utile pour adresses de contact en France : laboratoire de diagnostic, consultations spécialisées, laboratoire de recherche ;

– OMIN : site américain concernant toutes les maladies héréditaires incluant les dernières données de biologie moléculaire ;

– RETNET : site américain très à jour pour les localisations et identifications géniques de dystrophies de rétine uniquement.

Glossaire (adapté de Damji et Allingham, 1997) :

Allèle : une parmi deux ou plusieurs formes alternatives d’un même gène.

Quand les deux membres d’une paire d’allèles sont identiques, l’individu est homozygote, quand ils sont différents, l’individu est hétérozygote.

Approche gène candidat : identification d’un gène responsable d’une maladie basée sur la connaissance physiopathologique de cette dernière (défaut biochimique par exemple, comme atrophie gyrée et l’ornithine aminotransférase).

Clone, clonage : un clone concerne une molécule d’ADN recombinant contenant un gène ou une séquence d’ADN d’intérêt, concerne également le fait de le générer.

Ce processus moléculaire implique la génération de nombreuses copies de fragments d’ADN purs en l’intégrant dans un organisme, en général une bactérie.

Trait complexe : tout phénotype ne répondant pas à l’hérédité mendélienne simple.

Carte génétique ou de liaison : description de l’ordre dans lequel les gènes, ou les marqueurs génétiques et autres repères sont trouvés sur les chromosomes.

Il existe plusieurs types de cartes génétiques.

La cartographie génétique implique la localisation d’un gène en relation avec la position d’autres gènes et marqueurs chromosomiques le long d’un chromosome déterminé.

Expressivité : variation de l’expression d’une maladie (phénotype) chez des patients avec un génotype particulier.

Cette variation peut par exemple concerner une différence selon l’âge de début ou la sévérité de la maladie (à la différence de la pénétrance).

Génome : se dit de tout le matériel génétique contenu dans une cellule, soit pour l’homme 22 autosomes et deux chromosomes sexuels (X et Y).

Le génome humain est constitué de trois milliards de paires de bases contenant 50 000 à 100 000 gènes codants. Génotype : constitution spécifique d’un gène à un locus donné.

Hétérogénéité : existence de phénotypes similaires ou identiques pour différents génotypes.

L’hétérogénéité phénotypique existe quand des mutations dans plusieurs gènes différents résultent dans le même phénotype.

Ceci doit être différencié de l’hétérogénéité allélique où des mutations différentes dans un même gène sont responsables de phénotypes différents (mutations dans pax6 responsables d’aniridie, d’anomalie de Peters ou de kératite autosomique dominante).

Héréditaire : implique la transmission d’un trait d’une génération à l’autre, à distinguer de familiale (survenant dans une même famille sans que cela soit forcément d’origine génétique), et de génétique qui n’implique pas forcément la transmission d’une génération à l’autre.

Souris « knock-out » : se dit d’une souris pour laquelle un gène spécifique a été inactivé résultant dans l’absence d’expression de ce gène, avec comme conséquence l’étude de l’absence fonctionnelle de ce gène.

Linkage, liaison génétique : coségrégation d’un gène morbide avec un autre gène ou un marqueur chromosomique proche.

Si le marqueur chromosomique est distant, une recombinaison (crossing-over) a plus de chance de survenir et le marqueur ne sera pas lié au gène d’intérêt.

L’analyse de liaison repose sur un calcul mathématique qui détermine s’il existe une association statistique entre l’hérédité du phénotype clinique et le marqueur génétique.

Locus : position physique d’un gène sur un chromosome spécifique.

Lod-score : représente la probabilité de liaison génétique versus absence de liaison génétique matérialisée par le lod-score.

Par convention, un lod-score positif de 3 ou plus indique une liaison génétique (une chance sur mille qu’il y ait liaison génétique versus absence de liaison) alors qu’un lod-score négatif de –2 ou moins n’indique pas de liaison génétique (un lod-score entre –2 et 3 est non informatif).

Plusieurs facteurs peuvent influencer le lod-score : certitude quant au diagnostic clinique, nombre d’individus atteints, leur position dans la famille, le mode de transmission, l’informativité des marqueurs chromosomiques utilisés.

Marqueurs : concerne une séquence monobrin d’ADN contenant une variation nucléotidique connue ; de nombreux marqueurs d’ADN sont connus et répartis tout au long du génome et sont indispensables pour les travaux de liaison génétique.

Mendélien : se dit d’un trait ou d’une maladie suivant une hérédité qui suggère qu’un seul gène est impliqué.

Mutation : toute altération de matériel génétique par rapport à son état natif.

Pénétrance : se dit de la présence ou de l’absence de l’effet d’un gène, indépendamment de son intensité ; si le phénotype n’est pas détectable, le gène est dit non pénétrant.

Statistiquement la pénétrance est la proportion d’individus avec un génotype donné qui ne montre pas d’évidence du phénotype associé.

L’absence de pénétrance est l’absence d’évidence phénotypique d’une maladie quand le génotype défectueux est présent (différent de l’expressivité).

Phénotype : ce que l’on observe chez un individu déterminé par son génotype. PCR (polymerase chain reaction) : elle dépend de trois réactions cycliques répétitives : dénaturation de l’ADN double brin par la chaleur, fixation de deux amorces d’ADN courts qui vont reconnaître des séquences spécifiques d’ADN et extension à partir de ces amorces par l’ADN polymérase résultant en la synthèse d’un nouveau brin d’ADN complémentaire.

En répétant ce cycle entre 30 et 10 fois, sont obtenues de nombreuses copies de la séquence spécifique d’ADN désirée.

Polymorphisme : se dit de deux ou plusieurs allèles avec une fréquence supérieure à 0,01 dans une population déterminée.

Les marqueurs d’ADN sont dits polymorphes quand ils existent sous différentes formes, permettant ainsi de distinguer le chromosome porteur du gène muté par rapport au chromosome normal.

Gène candidat positionnel : une fois qu’un gène responsable d’une maladie a été localisé, les gènes candidats intéressants de la région peuvent être explorés.

Ceci simplifie grandement la procédure de recherche de gènes responsables de maladies. Clonage positionnel : un gène est localisé par liaison génétique sans que l’on ait de notion de sa fonction.

Tous les gènes de la région doivent être considérés comme candidats, même si apparemment il n’y a pas d’explication biologique.

Souris transgénique : se dit d’une souris avec des séquences d’ADN exogènes qui ont été insérées dans son génome, permettant l’expression d’un gène étranger.

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