Dr Gilles Millat

Bases moléculaires des
Cardiomyopathies
Dr Gilles MILLAT
Laboratoire de Cardiogénétique Moléculaire,
Centre de Biologie et Pathologie Est
Groupement Hospitalier Est, CHU Lyon
22 Juin 2012
• Mort brutale dans l’heure suivant l’apparition des premiers symptômes
• 40 000 décès par an en France, 3-10% sont récupérées
Infarctus du myocarde
(~ 80%)
Cardiomyopathies
(~ 10%)
Autres causes
(~ 10%)
 Arythmies sur
coeur sain
 Valvulopathies
Déstabilisation d’une
plaque d’athérome
coronarienne
Hypertrophique
Malformations
congénitales…
Dilatée
Modifié d’après Huikuri HV et al., NEJM (2001)
Facteurs environnementaux et/ou génétiques
Fonction Biologique
Facteurs
génétiques
Facteur
génétique
Facteurs
environnementaux
Facteurs
environnementaux
Seuil
Pathologie
Normal
Maladies
multifactorielles
Maladies
monogéniques
Évaluation du caractère pathogène d’une variation de séquence
(mutation vs polymorphisme/«SNV»)
1. Ségrégation du variant génétique avec la maladie dans la famille
2. Absence de ce variant dans une population contrôle
3. Analyser nature du variant
-
Variant «PTC» : très probablement pathogène
-
Variant «faux-sens» et «introniques» : effet pathogène à déterminer






Utilisation logiciels de prédiction (Polyphen-2, SIFT, NNSplice, HSF…)
Étude de la conservation de l’acide aminé dans les espèces (pour variants faux-sens)
Étude des conséquences fonctionnelles du variant sur la protéine/ la cellule
Pubmed
Base de données SNV (1000Genomes, dbSNP, HapMap, …) et mutations (Cardiogenomics,…) ...
…/…
Mutation «PTC»*
(ex : mutants MYBPC3)
Haploinsuffisance
(effet allèle nul)
Défaut quantitatif
de la protéine
* Mutations «PTC» (Premature Termination Codon) : mutations non-sens,
mutations avec décalage de la trame de lecture, mutations d’épissage
Mutation faux sens
(ex : mutants MYH7)
Polypeptide poison
(effet Dominant Négatif)
Anomalie qualitative
de la protéine
Pathologie Moléculaire des Cardiomyopathies Héréditaires
 Myocarde structurellement et fonctionnellement anormal (atteinte primitive)
 Pathologies cliniquement et génétiquement très hétérogènes
 Corrélations génotype/phénotypes difficiles
 Classification :
 Cardiomyopathie Hypertrophique (CMH)
 Cardiomyopathie Dilatée (CMD)
Les plus fréquentes
 Cardiomyopathie Restrictive (CMR)
 Cardiomyopathie Arythmogène du Ventricule Droit (CAVD)
Normal
CMD
CMH
CMR
a) Cardiomyopathie hypertrophique
 Hypertrophie totale ou partielle du myocarde (hypertrophie septum > 13 mm)
 Fibrose
 Hypertrophie et désorganisation des myocytes
CMH
Normal
Fibrose
 Cause principale de mort subite chez le jeune adulte
(en particulier l’athlète)
(D’après Maron 2010 Circulation 121:445-456)
Causes de Mort Subite chez les jeunes athlètes aux
USA
 Prévalence : 1/500
 Age de début : adolescence, mais variable
 Symptômes : dyspnée, palpitations, douleurs, syncope
 Diagnostic : échographie, ECG
 Complications : mortalité 1-6 % par an
 Mort subite (effort, entre 10 et 40 ans le plus svt)
 Insuffisance cardiaque (après 30 ans le plus svt)
 Traitement
 Proscrire le sport de compétition
 Médicaments / Chirurgie / Alcoolisation / Défibrillateur
 Maladie génétique autosomique dominante

CMH familiale dans la plupart des cas (60 %).

Nombreux gènes impliqués, plus particulièrement gènes du sarcomère

Gènes les plus fréquemment mutés : MYH7, MYBPC3, TNNT2, TNNI3

Mutations essentiellement privées

Pénétrance incomplète et expressivité variable
Gène
Loc.
Fréquence
14q11
25–35%
11p11.2
25–35%
1q32
3–5%
Cardiac troponin I (TNNI3)
19p13.4
3–5%
α-Tropomyosin (TPM1)
15q22.1
1-3%
Myosin light chain 2 (MYL2)
12q23
Rare
Myosin light chain 1 (MYL3)
3p21.2
Rare
Cardiac troponin C (TNNC1)
3p21.1
Rare
α-Cardiac actin (ACTC1)
15q14
Rare
α-Myosin heavy chain (MYH6)
14q11
Rare
2q13–33
Rare
17q12
Rare
Myozenin 2 (MYOZ2)
4q26–27
Rare
LIM binding domain 3 (LBD3)
10q22.2
Rare
Muscle LIM Protein (CSRP3)
11p15.1
Rare
Vinculin/Metavinculin (VCL)
10q22.1
Rare
β-Myosin heavy chain (MYH7)
Myosin binding protein-C (MYBPC3)
Cardiac troponin T (TNNT2)
Titin (TTN)
Telethonin (TCAP)
 essentiellement mutants faux-sens
 env. 70% de mutants «PTC»
(D’après Tester et Ackerman 2009 Annu Rev Med 60:69-84)
Structure du Sarcomère
A-band
M line
Filament fin
Filament épais
7 nm
15 nm
D’après Ferrantini et al. 2009, J. of Cardiovasc. Trans. Res.
 Intérêts de l’exploration moléculaire
 Confirmation d’un diagnostic clinique
o Distinction avec hypertrophie due à l’adaptation à l’effort
o Éliminer phénocopies (Fabry, Danon, Noonan, LEOPARD,…)
 Conseil génétique
 Compréhension des mécanismes physiopathologiques
 Résultats de l’exploration moléculaire
 Mutation identifiée chez un cas sur deux
 variations faux-sens pose parfois un problème d’interprétation
 nécessité de l’étude familiale pour étudier la ségrégation
 Exploration MYH7 et MYBPC3  ∼ 80% des patients «positifs»
o gène MYBPC3 : env. 70% de mutations « PTC »;
principal gène muté dans les cohortes françaises
o gène MYH7 : essentiellement variations faux-sens  pb interprétation
o âge de diagnostic plus jeune chez patients MYH7/patients MYBPC3
 Fréquence des cas avec plusieurs mutations non négligeable
 nécessité de faire étude familiale (ségrégation)
 50 % des cas index sans mutation
o criblage exhaustif gènes connus (Next-Gen Sequencing,…)
o découverte nouveaux gènes morbides
o rôle fonctionnel des régions non codantes (promoteur, introns, régions 5’ et 3’ non traduites)
 Nécessité de test fonctionnels (in silico, in vitro,…) pour valider effet
pathogène de nouveaux variants génomiques
 Physiopathologie
Mutation sarcomérique
Anomalies biochimiques
  sensibilité au Ca2+ (filament fin)
 Pertubation homéostasie énergétique
Défaut mécanique
 Hypercontractilité ( myocyte relaxation)
Structure
 +/- assemblage anormal du sarcomère
Fonction de l’organe
 Dysfonction diastolique
 arythmies possible
Fatkin 2002, Physiol Rev
Relarguage facteurs de croissance
(voie de signalisation ?)
Tissu
 Hypertrophie/désorganisation
cardiomyocytes
 Prolifération fibroblastes
Organe
 Hypertrophie / fibrose
Watkins, NEJM 2011
b) Cardiomyopathie dilatée
 Dilatation ventriculaire
 Altération de la fonction systolique
 Origine multifactorielle
Cœur Normal
Cardiomyopathie dilatée
Ventricule
gauche dilaté
 Prévalence : environ 1/2500 (USA)
 Age de début : adolescence, adulte jeune
 Symptômes : dyspnée d’effort, palpitations,…
 Diagnostic : échographie, ECG, bilan étiologique
 Complications :
 mortalité 30-50% à 5 ans (1ère indication des greffes cardiaques)
 insuffisance cardiaque réfractaire
 mort subite
 Traitement :
 médicaments (insuffisance cardiaque)
 transplantation cardiaque
 Origine génétique : 20 à 35 % des cas
 Transmission autosomique dominant (85 à 90 % des cas)
 Plus de 25 gènes morbides connus
o Protéines sarcomériques identiques à celles impliquées dans les CMH (MYBPC3, MYH7, TNNT2, ACTC,…)
 TTN : mutations «PTC» 25% cas familiaux; 18% des cas sporadiques (Herman 2012 N Engl J Med. 366:619-28).
o Protéines Bande Z
o Protéines structurales (Tafazzine, Dystrophine, δ−sarcoglycanes...),
o Protéines des filaments intermédiaires (Desmine)
o Protéines de la membrane nucléaire (Emerine, lamines A/C)
o Protéine du métabolisme Ca 2+ (Phospholamban)
o Canaux ioniques (SCN5A)
o Co-facteurs de transcription (EYA4),
o Épissage (RBM20),
o …/….
 Mutation identifiée dans moins de 20%
des formes familiales (hors TTN) !!
D’après Fatkin 2002, Physiol Rev
 Physiopathologie
Mutation
sarcomérique
Mutation protéine
cytosquelette
 Force-Ca2+ et ATPase-Ca2+
 Force développée
 Transmission force
Dysfonction
systolique VG
Dilatation
cavité VG
+
Remodelage VG
(apoptose, nécrose, fibrose)
Insuffisance
Cardiaque
Mort
Watkins, NEJM 2011
c) Cardiomyopathie restrictive
 Définition : VG rigide, dysfonction diastolique ++ (gène remplissage ventriculaire)
 Prévalence : rare ++
 Age de début : variable
 Symptômes : insuffisance cardiaque
 Diagnostic : échocardiographie, ECG
 Pronostic : mortalité précoce importante (notamment chez l’enfant)
 Traitement : difficile
 Hétérogénéité génétique
o Implication gènes codant protéines sarcomériques (MYH7, TNNT2 et TNNI3)
o Implication gènes codant des protéines non sarcomérique (DES)
d) Cardiomyopathie Ventriculaire Droite Arythmogène
 Anatomopathologie: remplacement du tissu musculaire par du tissu fibro-adipeux
 Prévalence : ~1/5.000
 Age de début : adolescence, adulte jeune
 Symptômes : palpitations, syncope (évocateur à l’effort)
 Diagnostic : ECG, IRM, scintigraphie, angio VDt
 Complications :
• Mort subite (effort)
• Insuffisance cardiaque (dysfonction VD ou VG)
 Traitement :
• Proscrire le sport (de compétition)
• Médicaments (beta-bloquants, anti-arythmiques) / Défibrillateur
 Physiopathologie: inconnue (apoptose, dégénératif, transdifférentiation, myocardite virale)
 Formes familiales: 30-50% des cas, transmission autosomique dominante
Gènes impliqués :
- RyR2
- DSP (desmoplakine)
- JUP (plakoglobine)
protéines de jonction
- PKP2 (plakophiline)
mécanique des cellules
- DSC2 (desmocolline)
- DSG2 (desmogléine)
- …/...
CAVD : pathologie des desmosomes cardiaques
Desmine
Desmoplakine
Desmocolline
Plakoglobine
Desmogléine
Plakophiline
*
Sarcolemme
* : espace extracellulaire
Bilan et Perspectives
 Améliorer corrélations G/P (pb pénétrance, expliquer l’expressivité variable)
 Identifier nouvelles mutations sur gènes morbides connus
(séquençage NGS)
 Identifier de nouveaux gènes morbides (séquençage NGS)
 Identifier les polymorphismes qui modulent l’expressivité phénotypique
(séquençage NGS)
 Ne pas oublier que 5 à 10 % des patients possèdent plus d’une mutation causale
 Mieux maîtriser implication fonctionnelle des miRNA
o Intérêt des miRNA circulants en tant que marqueur
 Étude fonctionnelle (électrophysiologie cellulaire, sensibilité Ca2+, force,…) des mutants faux-sens ?
o From fibroblasts to cardiomyocytes
 Améliorer compréhension physiopathologie
 Mieux appréhender les aspects pronostiques et thérapeutiques
D’après Dangwall 2011 Cardiovasc Res
Watkins 2011, NEJM
Watkins 2011, NEJM