04/01/2016 Monnier Marie L2 CR : Kévin BOUÉ Génetique

GENETIQUE : Pathologies mitochondriales
04/01/2016
Monnier Marie L2
CR : Kévin BOUÉ
Génetique
Pr. Nguyen
12 pages
Pathologies mitochondriales
Plan :
A.La chaîne respiratoire
B.Le génome mitochondrial
I. Génétique de l'ADN mitochondrial
C.Les cytopathies mitochondriales
I. Caractéristiques cliniques
II. Diagnostic des cytopathies mitochondriales
D.Caractéristiques génétiques
I. Anomalies du génome mitochondrial
II. Mutations du génome nucléaire
E.Le conseil génétique
A.La chaîne respiratoire mitochondriale. (Rappel)
Il y a un nombre variable de mitochondries par cellules :
•
•
•
100 pour une cellule spermatique
1000 pour une cellule hépatique
Jusqu'à 1 million dans un ovocyte
La mitochondrie est le siège du métabolisme intermédiaire :
•
•
•
•
des réactions de catabolisme des acides aminés
du cycle de Krebs
de la β-oxydation des acides gras
de la phosphorylation oxydative qui a lieu au niveau de la chaîne respiratoire mitochondriale
La chaîne respiratoire est composée de 5 complexes multiprotéiques (I à V) :
I : NADH ubiquinone réductase
II : Succinate-cytochrome C réductase
III : Ubiquinol-cytochrome C réductase
IV : Cytochrome C oxydase
V : ATP synthase
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A chaque étape de cette chaîne respiratoire, il y a possibilité de déficits plus ou moins liés aux complexes
protéiques. Ces déficits sont d'origine génétique.
Elle a deux fonctions : respiration cellulaire et production d'énergie. Elle fait intervenir des réactions
d'oxydation avec consommation d'oxygène et des phosphorylations de l'ADP en ATP.
Elle est composée d'une centaine de sous-unité protéiques qui se regroupent en 5 complexes enzymatiques
multiprotéiques qui fonctionnent comme des transporteurs d'électrons.
Ces protéines ont la particularité d'avoir une double origine génétique :
• la plupart sont codées par le génome nucléaire
• 13 sont codées par le génome mitochondrial
C'est pour cela que la majorité des maladies de la chaîne respiratoire mitochondriale sont des maladies
d'hérédité mendélienne
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B. Le génome mitochondrial
La mitochondrie a la particularité de posséder son propre génome :
•
•
•
C'est une molécule d'ADN circulaire bicaténaire
16 569 paires de bases :
Présent en 2 à 10 exemplaires par mitochondries
Particularités du génome mitochondrial :
•Compaction : le génome mitochondrial est saturé de gènes sans introns, à l'exception d'une région non
codante située autour de l'origine de réplication du brin lourd (D loop)
•Traduction : le code génétique est légèrement différent du code universel
I.Génétique de l'ADN mitochondrial
L'hérédité mitochondriale, c'est à dire la transmission de l'ADN mitochondrial, est uniquement maternelle.
Lors de la fécondation, au niveau de l'oeuf, le spermatozoïde ne donne que son noyau avec ses 23 chromosomes
nucléaires. Le cytoplasme du zygote est celui de l'ovocyte, avec ses mitochondries.
Si la mère est porteuse d'une mutation sur son ADN mitochondrial, il y aura une transmission à son enfant (quel
que soit le sexe) ce qui n'est pas le cas pour le père.
ATTENTION : Ne pas oublier que la plupart des maladies de la chaîne respiratoire mitochondriale sont
d'origine nucléaire ! (CR : et donc à hérédité mendélienne, à l'inverse de l'hérédité mitochondriale)
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Pour l'hérédité mitochondriale : Les hommes ne transmettent jamais ; Les femmes transmettent toujours.
En pratique clinique, on observe cependant une modulation : On a pas toujours des arbres comme celui-ci dans
les maladies à hérédité mitochondriale, il y a des enfants qui pourront ne pas être malades et ne pas exprimer.
Cela s'explique par ces phénomènes :
Homoplasmie : C'est lorsque toutes les molécules d'ADN mitochondrial d'un individu portent la mutation.
Hétéroplasmie : Chaque cellule possède quelques dizaines à quelques milliers de mitochondries qui
contiennent elles-mêmes 5 à 10 exemplaires du génome mitochondrial. Chez les patients porteurs d'une
mutation de l'ADN mitochondrial, une même cellule ou une même mitochondrie peut contenir à la fois des
molécules normales et des molécules mutées.
L'hétéroplasmie est rendue possible par la ségrégation mitotique :
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Les molécules d'ADN mitochondrial et les mitochondries se répartissent au hasard lors de la division mitotique
des cellules, ce qui fait que certaines cellules possèdent toutes les molécules d'ADN normal et des cellules
porteuses de certaines molécules d'ADN mitochondrial muté dans certaines mitochondries.
La répartition des molécule mutées est variable selon :
•
•
les tissus (atteinte tissu-spécifique dans certaines maladies mitochondriales)
les individus (variabilité intra-familiale)
C.Les cytopathies mitochondriales
On appelle cytopathies mitochondriales les maladies de la chaîne respiratoire mitochondriale.
I. Caractéristiques cliniques
La phosphorylation oxydative a un caractère ubiquitaire, ce qui fait que l'on observe une grande
variabilité clinique de ces cytopathies.
Il faut donc suspecter une cytopathie mitochondriale devant :
•
•
•
n'importe quel type de symptôme
dans n'importe quel tissu
à tout âge
Le diagnostic doit être évoqué chez des patients présentant une atteinte :
•
•
•
•
inexpliquée
associant des organes apparemment sans relation (diabète et surdité par exemple)
d'évolution rapidement progressive
quel que soit l'âge de début.
Chez le nouveau-né ( avant 1 mois)
Défaillance pluriviscérale :
•
•
•
•
•
•
Hypotonie
Coma
Myopathie
Défaillance hépatique
Cardiomyopatie
Tubulopathie
Chez l'enfant (1 mois à 2 ans)
Un grand nombre de tableau cliniques associant une atteinte grave de plusieurs organes sont possibles.
Tableau plus spécifique (toujours chez l'enfant)
•
Syndrôme de Leigh : encéphalomyopathie nécrosante subaiguë. Extrêmement sévère, c'est une
atteinte spécifique au niveau neurologique, due à un déficit de la chaîne respiratoire.
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Chez l'enfant plus grand et chez l'adute
On observe des tableaux cliniques beaucoup plus variés avec des présentations neuromusculaires fréquentes.
On ne peut pas faire de tableau cliniques précis mais certains syndromes sont bien identifiés :
•
Syndrome de Kearns-Sayre : Ophtalmoplégie externe progressive (atteinte des muscles du
globe oculaire) associée à une rétinite pigmentaire.
•
Maladie de Leber : Atrophie optique bilatérale, d'évolution subaiguë. Début dans l'adolescence
ou chez le jeune adulte par une perte brutale de la vision centrale qui évolue en quelques
semaines à quelques mois.
II. Le diagnostic des cytopathies mitochondriales
a. Les tests de DEPISTAGE standard :
Dosages biochimiques à jeun et 1h après le repas.
•
•
•
•
•
lactates
rapport d'oxydoréduction Lactate/Pyruvate et β-Hydroxybutyrate/Oxaloacétate
cétonémie, glycémie
acides gras libres
acides organiques urinaires
En faveur d'une mitochondriopathie si :
•
•
•
augmentation du rapport β-Hydroxybutyrate/Oxaloacétate
augmentation du rapport L/P
augmentation paradoxale de la cétonémie en période post prandiale
b. 2 tests DIAGNOSTIQUES
Les dosages enzymatiques permettent de mesurer l'activité des complexes de la chaîne respiratoire.
On utilise 2 méthodes : Les études polarographiques réalisées sur tissu frais et les études
spectrophotométriques.
On étudie a priori les tissus cliniquement atteints.
Quand l'organe atteint n'est pas accessible, l'étude est réalisée sur le muscle (le plus souvent : biopsies
musculaires), les lymphocytes ou les fibroblastes.
Mais on fait au moins une étude au niveau du sang.
Valeur des dosages enzymatiques
1. Une activité normale n'exclut pas formellement le diagnostic
2. Les déficits de la chaîne respiratoire peuvent être secondaires (ex : anomalie de l'oxydation des acides
gras). Le diagnostic est alors difficile à poser.
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c.
L'étude histopathologique :
On recherche alors des signes au niveau du tissus : la lésion caractéristique des cytopathies mitochondriales est
la présence de Ragged Red Fibers (RRF). Ce sont des fibres rouges déchiquetées.
d. L'étude de l'ADN mitochondrial : Pour confirmer le diagnostic
D.Caractérisiques génétiques
Du fait de la double origine génétique des protéines de la chaîne respiratoire, il existe une hétérogénéité génétique
des cytopathies.
Tous les modes d'hérédité sont possibles :
mendélien (autosomique dominant, autosomique récessif, récessif lié à l'X) sporadique et hérédité mitochondriale
CLASSIFICATION
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I. Anomalies du génome mitochondrial
a. Délétions
On retrouve des délétions dans différentes cytopathies mitochondriales :
•
•
•
•
Pearson
Kearns-Sayre
Ophtalmoplégie externe
Association diabète / surdité
Cela peut être de grandes délétions, (étendues de 1 à 7 Kb).
Il existe une délétion plus fréquente, de 4.9 Kb, commune à plusieurs syndromes.
Ces délétions sont toujours à l'état hétéroplasmique (probablement qu'à l'état homoplasmique elles seraient
trop sévères)
La répartition est variable en fonction des tissus : pour un tissu donné, la sévérité de l'atteinte est corrélée à la
quantité de copies d'ADN mitochondrial
Même type de délétion dans tous les tissus chez chaque patient
C'est une analyse d'ADN mitochondrial avec différentes tailles de délétions.
Ces délétions sont le plus souvent sporadiques, et rarement héritées. Lorsqu'elles sont héritées, elles sont
d'hérédité maternelle avec une variabilité, car comme elles sont à l'état hétéroplasmique, la distribution dans
les fratries sera variable.
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b. Mutations ponctuelles :
Le plus souvent hétéroplasmiques, elles sont toutes d'hérédité maternelle et sans corrélation phénotype
génotype :
Mutations de l'ADN mitochondrial
● La mutation en position 3243 (gène du tRNA leucine) responsable du :
•
•
syndrome MELAS (mitochondrial myopathy encephalopathy lactis acidosis stroke-like) :
dans 80% des cas
syndrome de diabète avec surdité.
● La mutation en position 8993 (gène de l'ATPase 6) responsable du :
•
•
syndrome NARP (neuropathie ataxie rétinite pigmentaire)
syndrome de Leigh
Pour une mutation dans une même famille, à cause de l'hétéroplasmie mitochondriale, on peut avoir une
grande variabilité clinique de ces affections.
CR : la grand-mère a une forme mineure avec une simple rétinite pigmentaire car elle a un mélange d'ADN
mitochondrial muté et normal, la mère n'exprime aucune forme de maladie car elle a beaucoup plus d'ADN
normal et la fille exprime une forme sévère de la maladie avec un syndrome de Leigh car elle a beaucoup plus
d'ADN muté.
● Mutation dans des gènes codant pour les sous unités des complexes :
Déficit en complexe I : Les mutations dans les 7 gènes mitochondriaux codant pour les sous unités du complexe
I rendent compte d'environ 25% des déficits en complexe I.
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● Maladie de Leber
•
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•
•
•
due à une mutation classique 11 778 G > A Arg 340His sous-unité 4 du complexe I (50 à 80% des cas)
toujours à l'état homoplasmique
hérédité selon le mode maternel
pénétrance variable
prédominance masculine : 90% des hommes et 30% des femmes présentent des manifestations cliniques
II. Mutations des gènes nucléaires
Elles obéissent à un mode de transmission mendélien :
•
•
•
récessif autosomique
dominant autosomique
lié au chromosome X
Elles représentent la grandes majorité des déficits de la chaîne respiratoire (cf. tableau « mutations de l'ADN
nucléaire ») avec les gènes de structure, d'assemblage, de stabilité de l'ADN mitochondrial, et tous les autres.
a. Les gènes impliqués dans le maintien et la réplication de l'ADN mitochondrial.
Ce sont des gènes à effet indirect, caractérisés par l'existence d'anomalies de l'ADN mitochondrial qui ne sont
pas d'hérédité mitochondriale.
On peut observer secondairement à la mutation dans un gène comme celui ci :
–des délétions multiples de l'ADN mitochondrial
–des déplétions : diminution de la quantité totale d'ADN mitochondrial dans la cellule.
Elles donnent des tableaux sévères, des formes néonatales graves qui sont en général à transmission
autosomique récessive.
Elles sont, par exemple, dues à une mutation à l'état homozygote dans un gène nucléaire qui intervient
dans l'intégrité de l'ADN mitochondrial. En conséquence, il y a une forte déplétion.
PEO : Ophtalmoplégie Externe Progressive
•
•
•
par transmission autosomique dominante
délétion multiple de l'ADN mitochondrial
dû à la mutation de 3 gènes nucléaires :
•ANT1
•Twinckle (ADNmt hélicase)
•POLG 1 (ADNmt polymérase) (formes dominantes et récessives de PEO et autres
présentations)
Les délétions multiples de l'ADNmt ne sont pas à l'origine de la pathologie ! L'origine est la mutation dans un
des 3 gènes nucléaires, qui induit la déplétion.
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Syndrome MNGIE : Mitochondrial Neuro-Gastro-Intestinal Encephalomyopathy
•
•
délétions multiples et déplétion de l'ADNmt
mutations dans le gène nucléaire ECFG1 codant pour la thymidine phosphorylase, impliqué dans le
maintien et la réplication de l'ADNmt.
E. Le conseil génétique
Il est difficile dans les maladies mitochondriales, car elles sont extrêmement hétérogènes. Tous les modes
d'hérédité sont possibles.
Il est basé sur une enquête généalogique (consanguinité, antécédents familiaux) et l'étude de l'ADN
mitochondrial.
Dès que l'on suspecte une maladie mitochondriale, on fait un arbre généalogique, une étude sanguine et une
étude histologique grâce à une biopsie musculaire, une étude biochimique et une étude de l'ADNmt. On trouve
soit :
Une mutation ou délétion sporadique de l'ADNmt : Dans ce cas le conseil est rassurant pour le risque de
récurrence.
Une mutation héritée de l'ADNmt : Les femmes porteuses pourront théoriquement la transmettre à toute leur
descendance, alors que pour les hommes le conseil reste rassurant.
Dans les formes d'hérédité mendélienne : Quand on peut, on fait l'analyse des gènes nucléaires impliqués
dans les cytopathies mitochondriales, mais cela reste très compliqué. Si la mutation est identifiée, le diagnostic
prénatal est possible.
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Très souvent il n'y a pas de diagnostic génétique possible (Autosomique récessif ? Lié à l'X ?
Mitochondrial?)
Le conseil génétique est difficile et restrictif. Il y a un fort risque que ce soit d'hérédité maternelle ou
mendélienne.
CR : Le diagnostic prénatal est possible si la mutation est identifiée, le conseil est rassurant si l'hétéroplasmie
présente moins de 20% d'ADNmt muté, en revanche il y a un haut risque d'atteinte clinique s'il y a plus de 80%
d'ADNmt muté.
Grosse dédicace à mes petits loulous qui se sont levés ce matin pour m'accompagner : Général Shermann, le
calif (c'est très très chaud ) ,et le dromadaire du calif sans vous ça aurait été beaucoup moins drôle...puis au
reste de mes petits alcoolos SALOPEtte, la grande échalote, l'adopté, le vif d'or et enfin à ma cochonne de
coloc je vous aime <3 <3 et rappelez vous 2016 c'est l'année de la B.... !!!!!!!!!
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