Génétique dans la Médecine ou Génétique médicale
publicité
Génétique dans la Médecine ou Génétique médicale 1. Qu’est ce que la génétique médicale? 2. Le spectrum étiologique des maladies humaines. 3. La classification des maladies génétiques. 4. Les indications des maladies génétiques. 5. Les maladies congénitale, familière et génétique. 6. Les branches de la génétique médicale . 7. La médecine génétique. 8. Le projet du génome humain. 9. Une revu des termes génétiques. Qu’est ce que la génétique médicale? A partir de la définition usuelle de la génétique comme une science de la variation biologique, on peut dire que la génétique humaine est la science de la variation biologique chez l’homme et que la génétique médicale est la science de la variation biologique humaine en association avec la santé et les maladies. La génétique clinique est une partie de la génétique médicale concernant la santé des individus humains et leurs familles. Mukusick VA: Foreword. Principles of Medical Genetics (Gelehter TD, Collins FS), Williams and Wilkins, 1990. Il y a des arguments pour dire que la génétique médicale est une discipline plus large que la génétique humaine puisqu’il est impossible de penser à aucun aspet de la génétique humaine qui n’est pas relevant à la génétique médicale, mais le contraire n’est pas vrai. Donc, la génétique médicale pourait être définie comme “toute la médecine qui est génétique et toute la génétique qui est médicale.” Mukusick VA: Foreword. Principles of Medical Genetics (Gelehter TD, Collins FS), Williams and Wilkins, 1990. Evènements importants dans l’histoire de la génétique humaine 1839 La théorie de cellule 1859 La théorie de l’évolution 1865 Le particule de l’hérédité 1877 Les chromosomes observés 1900 Les groupes sanguins ABO découverts 1902 La variation biochimique 1903 Les gènes sont portés par les chromosomes 1908 L’hérédité des groupes sanguins ABO 1910 Le premier clinique de génétique aux Etats Unis 1911 Le liaison chez la drosophilie 1911 Le premier assignement d’un gène humain 1927 La mutagénicité du rayon X 1928 La transfection 1940 Le concept du polymorphisme 1944 Le rôle d’AND 1946 Le premier clinique de génétique en Angléterre 1947 L’éléments transposables 1949 La chromatine du sexe 1953 La structure d’AND Schleiden, Schwann Darwin Mendel Flemming Landsteiner Garrod Sutton, Boveri Ottenbury, Epstein Davenport Morgan Wilson Muller Griffith Ford Avery Roberts MaClintock Barr Watson, Crick Evènements importants dans l’histoire de la génétique humain 1956 Les 46 chromosomes chez l’homme 1959 La première anormalie chromosomique de chez l’homme 1960 La détermination prénatale du sexe 1960 L’analyse chromosomique du sang 1961 Le criblage biochimique 1961 L’inactivation du chromosome X 1961 La code génétique 1964 L’ultrasonique anténatale 1966 La première analyse chromosomique prénatale 1967 Le premier assignement autosomique 1970 La prévention de l’isoimmunization Rh 1970 Les bandes chromosomiques 1970 La découverte de la séquence spécifique de l’enzyme de restriction 1970 Le premier gène synthétisé in vitro 1972 Le criblage de la protéine α foetale (AFP) 1973 L’association entre l’HLA et les maladies 1977 Le premier gène humain cloné 1977 La production de la somatostatine par génie génétique Jjio, Levan Lejeune Riis, Fuchs Moorhead Guthrie Lyon Nirenberg Donald Breg, Steel Weiss, Green Clarke Caspersson Nathan, Smith Khorana Brock Terasaki Shine Itakura Evènements importants dans l’histoire de la génétique humain 1978 Le premier polymorphisme de la longueur du fragment de restriction (RFLP) 1978 Le premier diagnostique d’AND 1979 La fertilisation in vitro(fércondation) 1979 L’insuline produite par génie génétique 1982 La commercialization du premier produit de la génie génétique 1985 L “empreinte” des doigts d’AND 1985 La réaction en chaine de la polymérase(PCR) 1987 La cartographie génétique des chromosomes humains 1989 Le gène responsible de CF clonné 1990 L’initiation du projet du génome humain Kan Kan Edwards, Steptoe Goeddel Jeffreys Miller Tsui Le spectrum étiologique des maladies humaines La génétique La dystrophie musculaire L’hémophilie L’environnement La sténose pylorique La galactosémie phénylkétonurie Rare unifactorielle à haut risque de recurrence L’ulcère peptique La tuberculose La bifidité Spinale Commune multifactorielle à risque bas de recurrence Le scorbut Les maladies causées par défaut génétique Maladies héréditaires héritées génétiques La classification des maladies génétiques 1. Les maladies chromosomiques 2. Les maladies monogéniques 3. Les maladies multifactorielles 4. Les maladies génétiques de la cellule somatique 5. Les maladies génétiques de la mitochondrie Les maladies chromosomiques 1. Les maladies chromosomiques résultent d’un excès ou d’un déficit des chromosomes entièrs ou des segments chromosomiques, qui bouleverse la balance normale du génome et le developpement du corps humain. 2. Les maladies chromosomiques sont en général sporadiques, c-à-d, elles ne se transmettent pas dans les familles, bien qu’il existe des exceptions. 3. En tout, ces maladies sont assez communes, affectant environ 7 individues parmi 1,000 naissances et occupant environ la moitié de tous les avortements dans le premier trimestre. Les maladies monogéniques 1. Les maladies monogéniques sont causées par les gènes mutés. Le mutant du gène peut être seulement présent sur un des deux chromosomes de pair et donc il existe encore un gène normal sur le chromosome de partenaire (hétérozygotes). Mais le mutant peut être aussi présent sur tous les deux chromosomes de pair (homozygotes). Dans les deux cas, la cause du défaux est une seule erreur majeure dans l’information génétique . 2. Les maladies monogéniques sont en général transmicibles dans les familles et donc portent des caractéristiques généologiques. 3. La plupart des maladies monogéniques sont rares, le taux le plus haut étant environ 1 sur 2000 individus. Les maladies multifactorielles 1. Les maladies multifactorielles ou polygéniques résultent d’une combinaison de facteurs génétiques et environnementaux. 2. Les maladies multifactorielles ont une tendence de se concentrer dans certaines familles mais ne montrent pas de profiles tranchés de maladies monogéniques. 3. L’hérédité multifactorielle est observée dans un nombre de maladies communes, essentiellement des maladies du développement donnant des malformations congénitales. Les maladies génétiques de la cellule somatique 1. Les maladies génétiques sont causées par mutations ayant lieu dans les molécules d’ADN des cellules somatiques. 2. Tous les cancers sont les examples des maladies génétiques des cellules somatiques. Il en est de même pour certaines malformations congénitales. 3. Le cancer soi-même n’est pas transmissible. Cependent, il existe une susceptibilité génétique au cancer qui est transmissible. Les maladie génétiques de la mitochondrie 1. Les maladies génétiques de la mitochondrie resultent des mutations d’ADN mitochondrique. 2. Parce que la mitochondrie se situe dans le cytoplasme cellulaire, les maladies génétiques mitochondriques sont héritées de façon cytoplasmique, donc maternelle. Les hommes et les femmes peuvent être atteints mais la transmission est toujours à travers les femmes affectées. 3. Les maladies génétiques mitochondriques souvent impliquent les lesions des muscles skélétique et cardiaque. Examples des maladies héritées 1. Les maladies chromosomiques Le syndrome de Down (la trisomie 21, 47, XX/XY, +21) Le syndrome de Turner (45, X0) Le syndrome de Klinefelter (47, XXY) 2. Les maladies monogénique Le syndrome de Marfan(les doigts de l’arachnodactylie) La dysplasie cleido-cranielle L’hydrops fetalis(α thalassémie) Le syndrome de Lesch-Nyhan(le syndrome de la mutilation en soi) Examples des maladies héritées 3. Les maladies multifactorielles La méningo-myélocélie(une forme du défaux du tube neural) 4. Les maladies génétiques de la mitochondrie La neuropathie optique héréditaire de Leber Le syndrome de Kearne-Sayre(l’ophthalmoplégie, la dégénération pigmentaire de la rétine et la cardiomyopathie). La faiblesse musculaire neurogénique, l’ataxie et la rétinite pigmentosa 5. La maladies des cellules somatiques Le rétinoblastome Le cancer du sein Les leucémies Les indications des maladies génétiques 1. L’apparition des maladies dans une proportion définie des personnes reliées par descendants quand les causes environnementales peuvent être éliminées. 2. L’absence de maladies dans les lignées nonreliées, par exemple, parmi les époux, les beaux-parents ou les beaux-enfants. 3. Il existe un âge d’apparition et un processus caractéristique, en absence de facteurs connus d’accélération. 4. Une concordance plus glande chez les jumeaux de monozygotes que chez ceux de dizygotes. 5. La présence chez le probant d’un phénotype caractéristique (en général incluant le retardement mental) et une anomalie chromosomique bien démontrée, avec ou sans histoire familiale des mêmes maladies ou des maladies pareilles. Les maladies congénitales, familiales et héritées 1. Les maladies congénitales apparaissent dès la naissance, qu’elles soient génétiques ou non. 2. Les maladies familiales ont lieu chez plus d’un membre de la famille, sans référence à leur étiologie. 3. Les maladies héritées peuvent être présentes à la naissance ou se manifester tard dans la vie. Elles sont généralement familiales mais peuvent être sporadiques. Branches de la génétique médicale 1. La cytogénétique 2. La génétique biochimique 3. La génétique moléculaire 4. La pharmacogénétique 5. L’immunogénétique 6. La génétique de comportement 7. L’écogénétique 8. La génétique de radiation 9. La génétique des cellules somatiques. 10. La génétique du cancer 11. La génétique de population 12. L’épidémiologie génétique 13. La génétique clinique La médecine génétique La médecine génétique fournit des services médicaux aux patients atteints des maladies héréditaires. (1) Le diagnostique et le traîtement des maladies héréditaires. (2) Le conseil génétique et l’examen de la santé avant marriage. (3) Le diagnostique prénatal et le criblage de nouveau-né. (4) Le criblage d’hétérozygotes. (5) L’enregistrement génétique et l’observation. Une revue de termes génétiques la méiose le gamète(ovum, spermatozoïde) le zygote(oeuf fécondé) le diploïde l’haploïde l’autosome le chromosome de sexe le chromosome homologue l’allèle le génotype le phénotype Dominant Récessif l’homozygote l’hétérozygote la ségrégation l’assortiment indépendent la liaison le “cross-over” La génétique moléculaire est le futur de la médecine 1. La recherche sur le genome 2. Le développement du diagnostique génétique 3. Le développement de la génothérapie Recherche sur le genome humain Chez les eucaryotes, y compris l’homme, le genome d’un organisme est un ensemble de chromosomes haploides et donc la totalité de ses gènes. Il est composé de l’ADN nucléaire haploide et de l’ADN mitochondrique. La cellule somatique diploïde des eucaryotes est caractérisée par la présence des deux genomes tandis que le gamète mature haploide par la présence d’un seul genome. Les deux genomes sont considérés comme exactement homologues, si les deux contiennent les même loci génétiques, avec la séquence identique dans leures structures de liaison. Ils sont appelés homologues, quand seulement une partie des segments est identique en localization à cause du réarrangement structurel. Un genome humain contient 25 groupes de liaison, incluant 22 autosomes, les chromosomes X et Y, et le chromosome mitochondrique. La mitochondrie ou le chromosome M humain contient 16, 569 bp (pair de base) don’t la séquence est connue. Le genome nucléaire humain est estimé de contenir 3×109 bp, dont la grande partie va être séquencée dans les deux ans qui viennent. L’étude sur le genome humain est le frontier des sciences biomédicales contemporaines et va exercer une influence importante sur le developpement de la médecine dans le siècle prochain. 1. Initiation du projet de genome humain. 2. La stratégie des 3 étapes du projet de genome humain. 3. L’impact du projet de genome humain sur le développement des sciences biomédicales. Les tailles relatives des génomes, des chromosomes, et des segments d’ADN clonnés La taille entière le genome humain 3 000 000 000 bp le chromosome humain (en moyenne) 130 000 000 bp le genome de la mouche 160 000 000 bp le genome du nématode 100 000 000 bp le genome de la levure 15000 000 bp le genome de E coli 5000 000 bp Les tailles relatives des génomes, des chromosomes, et des segments d’ADN clonnés La capacité du clonnage le YAC 1000 000 bp le cosmide 45000 bp le bactériophage 25000 bp Organisation du genome humain Le genome humain le genome nucléaire =3000Mb le genome mitochondrique =16.6 kb ～20% l’AND les gènes et les séquences reliées, les séquences uniques extragénique ou modérément répétées <10% ADN codant >90% ADN non codant 2 gènes ARNr 22 gènes ARNt 13 gènes codant pour les polypeptides ～20-30% ～ 70-80% unique ou le nombre de copie bas Séquences modéremment et hautement répétées ～60% les pseudogènes les fragments des gènes les introns, les séquences nontraduites Séquences répétées regroupées en tandem ～4% Séquences répétées entremelées Contenu d’ADN des chromosomes humains Pourcentage somme Pourcentage somme de la longueur d’ADN de la longueur d’ADN chromosomes totale (Mb) chromosome totale (Mb) 1 8.3 250 13 3.6 110 2 7.9 240 14 3.5 105 3 6.4 190 15 3.3 100 4 6.1 180 16 2.8 85 5 5.8 175 17 2.7 80 6 5.5 165 18 2.5 75 7 5.1 155 19 2.3 70 8 4.5 135 20 2.1 65 9 4.4 130 21 1.8 55 10 4.4 130 22 1.9 60 11 4.4 130 X 4.7 140 12 4.1 120 Y 2.0 60 * Le contenu d’ADN est donné pour les chromosomes avant d’entrer dans la phase S de la division cellulaire Initiation du Projet du Genome Humain 1. “Si nous voulons apprendre plus sur le cancer, nous devons désormais nous concentrer sur le genome cellulaires. …Je crois qu’il va être extrèmement utile de débuter le séquençage du genome cellulaire. …Chez quelle espèce doit cet effort être fait? Si nous voulons comprendre le cancer humain, il doit être fait chez l’homme puisque le contrôle génétique du cancer semble d’être different chez les différentes espèces. La recherche sur le cancer humain devrait recevoir de la réclame des connaissances détaillées d’ADN. Renato Dulbecco: A turning point in cancer research: sequencing the human genome, Science 231: 1055-1056, 1986. 2. Le projet du genome est une initiation internationale, avec le but final de séquencer les 3 milliards de nucléotides qui constituent le genome nucléaire humain. La possibilité d’établir ce grand projet a été discutée dans la communauté scientifique depuis 1985. Avec ces discussions, des idées et les stratégies se maturaient et sont devenus plus pratiques. 3. Comme le résultat des discussions pendant plusieures années, la stratégie actuelle de 3 étapes était acceptée. En bref, cette approche est de commencer par la cartographie génétique et puis la cartographie physique, et de procéder le séquençage d’ADN quand les méthodes améliorées et plus économiques sont devenues disponibles. La phase du temps estimée au départ a été 15 ans et le coût a été estimé d’être 3 milliards US$ en totalité. Recemment, avec l’avancement très rapide des systèmes technologiques et la participation non seulement du secteur publique mais aussi de l’industrie, ce but peut être réalisé en 2003, 2 ans avant le plan (2005) initial. Un bouillon de travail de la séquence du genome humain peut être obtenu même avant la fin de 2000. Nouveau Plan du Projet du Genome Humain aux Etats Unis: 1998-2003 Collins Fs et al Science 282: 682-698 1998 Approche d’ADNc 1. Les étiquettes des séquences exprimées [Expressed sequence Tags(EST)]. 2. La cartographie des EST sur les chromosomes-un grand pas en avant pour la cartographie des STSs. 3. L’ établissement d’une carte transcriptionelle. 4. L’établissement de la fondation pour obtenir les ADNc de longueur entière. Comparaison des aspets quantitatifs du nouveau plan et ceux du plan developpé en 1993, ainsi que les progrès obtenu jusqu’en Oct 1998 à l’echellon international Domain de recherche Cartographie génétique Cartographie physique Sequançage d’ADN Technologie du Séquençage Plan 1993-1998 Résolution en moyenne 2-5cM Cartographie des 30000 STSs Compléter 80 Mb pour tous les organisms à la fin de 1998 l’Amélioration evolutionaire et les technologies innovatives Etat actuel en Oct 1998 Carte à résolution 1cM publiée en Sept, 1994 52000 STS cartographiés 180Mb de séquence humain plus 111Mb non humaine Plan 1998-2003 Complété Complété Finir 1/3 de sequence humain à la fin de 2001 Bouillon de travail pour le reste de séquence à la fin de 2001 capacité 90 Mb/an sur un coût Intégrer et automatiser les de $0.5 par bp differentes technologies pour Electrophorèse par capillarité aboutir à 500Mb/an sur $0.25 en “array” par bp Microfabrication faisable Soutenir l’innovation Comparaison des aspets quantitatifs du nouveau plan et ceux du plan developpé en 1993, ainsi que les progrès obtenu jusqu’en Oct 1998 à l’echellon international Domain de Plan recherche 1993-1993 Variation de N’est pas un but séquence humaine Identification des génes N’est pas un but Analyse fonctionelle N’est pas un but Organismes modèles Etat actuel en Oct 1998 - Plan 1998-2003 100000 SNPs cartographiés Développement des technologies 30000 ESTs cartographiés ADNc de longueur entière Developper les technologie à l’echelon génomique E.coli: Séquence complète publiè en Sept. 1997 Levure: Séquence complète publié en Apr. 1996 C.elegans: séquence complète complétée 80% Complétée Déc. 1998 Drosophile: commence à 9% séquencée Complétée à la fin 2002 séquencer Souris: 10000 ESTs 12000 STSs Developper des resources génomiques cartographiés cartographiés Etablir la fondation pour finir la séquence en 2005 Avoir un bouillon de travail avant 2005 Le budget annuel du Projet de Genome Hamain (millions de $) L’année fiscale Le budget annuel pour le Projet du Genome Humain aux Etats Unis pour NIH et DOE. En année fiscale 1998, NIH a donné 1.25% de son budget total de $ 13.6 milliard au Projet de Genome Humain. La séquence finie dans le GenBank(Mb) Le progrès du séquençage du genome humain à l’echellon international est démontré (mesuré comme les pairs de base des séquences finies déposées dans le GenBank) Le premier but présenté au sommet du pyramide, s’adresse à deux aspets concernant la complétion de la première sequence humaine et l’étude sur la variation génétique humaine, ce qui montre que l’avancement de la science genomique est un facteur important contribuant à la recherche de l’implication de l‘ELS. Le deuxième et le troisième buts sont concentrés sur l’intégration des informations générées par ces découvertes aux applications clinique et nonclinique. Le quatrième but est d’examiner l’intéraction entre cette information et les aspets philosophique, théologique et ethique. Finalement, fournissant une fondation pour toutes ces explorations est le cinqnième but, examinant comment la compréhension et l’utilisation de l’information génétique sont affectées par les facteurs socioéconomique et les concepts de race et d’ethnicité. Developpement du diagnostique génétique 1. Le diagnostique génétique est faisable pour de plus en plus de maladies héréditaires. 2. Les techniques utilisées dans le diagnostique génétique sont devenues plus pratiques pour le but clinique. 1) L’amélioration de la prise d’echantillons. (1) La prise post-natale: la sédimentation des cellules de la salive, du crachat, de l’urine pour l’extraction d’ADN. (2) La prise prénatale: la biopsie de l’embryon pré-implantation et la séparation des globules blancs du sang périphérique maternel. 2) L’amélioration des techniques expérimentales: (1) le marquage non-isotopique pour avoir une sensibilité comparable à la méthode du marquage à l’isotope. (2) L’hybridation en fluorescence in situ(FISH) (3) L’analyse de la séquence d’ADN et de l’expression génique sur le “chips”. Developppement de la génothérapie 1. Les maladies comme cibles 1) Les maladies monogéniques récessives, telles que l’immunodéficience sévère combinée à cause de la déficience en adénosine déaminase. 2) L’application de la génothérapie au traîtement de cancer et des maladies infectieuses. Dans le traîtement du cancer, il s’agit souvent d’une immunothérapie acquise avec l’introduction des gènes immuno-stimulants dans les vaccins. Récemment, les gènes répresseurs de la tumeur ont été aussi utilisés pour corriger l’anomalie secondaire à la perte de fonction de ces gènes. 2. La recherche fondamentale de la génothérapie 1) Bien que la voie ex vivo soit couramment utilisée, elle a besoin de haute technologie et haute expense. Il faut donc developper les méthodes plus efficaces du transfert génique, y compris celles d’in situ et le transfert génique dans les cellules non-divisées. 2) Il faut mieux comprendre les facteurs qui contrôlent l’expression des gènes introduits dans les cellules somatiques. 3) Il faut comprendre la conséquence de l’introduction du gène ainsi que la protéine non-soi dans l’hôte et developper les méthodes pour contrôler la réponse immune. 3. Quelle influence la genothérapie aura-il sur le futur de la médecine génétique? 1) La réponse est pas de grande chose si la technique reste à l’état actuel. 2) La génothérapie ne peut avoir une position forte dans la médecine génétique que lorsque les vecteurs sont developpés qui peuvent être injectés directement chez les patients comme les médicaments tel que l’insuline. Les vecteurs doivent être spécifiques pour les types cellulaires et capable d’intégrer dans les sites de sécurité pour le genome et d’être régulés par les signaux physiologiques. Cartographie génétique Identification des gènes Cartographie physique Sequençage d’ADN
