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Atlas of Genetics and Cytogenetics in Oncology and Haematology
La MUCOVISCIDOSE et le GENE CFTR
*
<P&NBSP;>I- Historique Mucoviscidose et CFTR Version longue
II- Epidémiologie
III- Clinique
IV- Diagnostic biologique
V- Le gène CFTR et ses mutations
V-1. introduction
V-2. La mutation F508
V-3. Spectre des mutations du gène CFTR
V-4. Corrélations génotype-phénotype
VI- La protéine CFTR et ses fonctions
VI-1. Structure de la protéine
VI-2. Fonctions de la protéine
VI-2.1. Fonction canal Cl-
VI-2.2. La protéine CFTR, une protéine multi-fonctionnelle
VI-3. Corrélations des mutations du gène CFTR avec la fonction canal Cl-
VI-3.1. Classe 1 : mutations altèrant la production de la protéine.
VI-3.2. Classe 2 : mutations perturbant le processus de maturation
cellulaire de la protéine.
VI-3.3. Classe 3 : mutations perturbant la régulation du canal Cl-.
VI-3. 4. Classe 4 : mutations altèrant la conduction du canal Cl-.
VI-3. 5. Classe 5 : mutations altérant la stabilité de l'ARNm CFTR. VI-3.
6. Classe 6 : mutations altérant la stabilité de la protéine mature.
*
I- Historique
 La description de la mucoviscidose en tant qu'affection autonome date de la fin des années
30: l'association "fibrose kystique congénitale du pancréas et bronchectasies" est identifiée en
1936.
 En 1953, est mis en évidence un excès de chlorure de sodium dans la sueur des enfants
atteints. Cette découverte conduira, peu après, à la mise au point du "test de la sueur", seul test
de diagnostic positif de la maladie actuellement disponible.
 Dans les années 80, l'anomalie du transport de sels fut précisée: défaut de perméabilité aux
ions chlorure (Cl-) affectant les cellules épithéliales des glandes sudoripares, et au niveau de
l'épithélium respiratoire.
 Mais la nature biochimique du défaut à l'origine de la maladie est restée longtemps
inconnue, ce qui a contraint les chercheurs à employer les outils de la "génétique inverse" (ou

clonage positionnel). En 1985, le locus CF fut localisé sur le bras long du chromosome 7
grâce à la découverte d'une liaison avec un site polymorphe exploré par une sonde anonyme
située sur ce chromosome.
 En 1989, le gène CFTR , impliqué dans la mucoviscidose, a été isolé. Ce gène est localisé
en 7q31 et contient 27 exons. La protéine est composée de 1480 acides aminés.
II- Epidémiologie
C' est la plus fréquente des maladies autosomiques récessives graves dans les populations
d'origine européenne, touchant 1/2500 nouveau-nés (= q2), ce qui permet d'évaluer à un sur 25
(= 2pq) les individus transmetteurs (hétérozygotes). Cependant la fréquence de l'affection
varie selon l'origine géographique et ethnique des patients.
III- Clinique
 Présentation clinique: très polymorphe tant entre les différentes familles qu'au sein d'une
même famille. Chez la plupart des patients le diagnostic est posé avant l'adolescence, mais
quelques uns restent asymptomatiques jusqu'à l'âge adulte. Cliniquement et biologiquement, il
n'est pas possible de distinguer les hétérozygotes des sujets non porteurs d'allèle muté (allèle
CF).
 Circonstances de découverte de la maladie: variables selon l'âge; révélé dès la naissance par
un iléus méconial (occlusion intestinale due à un méconium anormalement épais) chez 10%
des nouveaux-nés atteints. Plus tard la symptomatologie peut associer des infections
respiratoires à répétition avec des signes en rapport avec une malabsorption digestive.
 Atteinte respiratoire: prédominante; liée à une obstruction des bronchioles par un mucus
épais et visqueux propice à la croissance des micro-organismes. Ceci explique en partie les
infections répétées à germes opportunistes.
 Atteinte digestive avec insuffisance pancréatique exocrine (défaut de production des
enzymes): notée chez 85% des patients, conséquence de l'obstruction des canaux excréteurs et
à l'origine d'une maldigestion lipidoprotidique et d'une malabsorption. La fonction
pancréatique exocrine, déficiente (PI ou pancreatic insufficiency) ou conservée (PS ou
pancreatic sufficiency), permet d'apprécier la gravité du phénotype des patients: phénotype
grave dans le premier cas, modéré dans le second.
 Anomalies des glandes sudoripares: conduisent à un excès de chlorure de sodium dans la
sueur, cette perte de sel pouvant être responsable de déshydratation aiguë en cas d'exposition
à la chaleur.
 Autres organes qui peuvent être touchés: en particulier l'appareil génital et le foie.
 98% des hommes atteints sont stériles en raison d'une azoospermie obstructive (agénésie
des canaux déférents), tandis que 80% des femmes atteintes sont fertiles.
 L'atteinte hépatique (hépatomégalie dans 30% des cas, une insuffisance hépatique dans 9%
des cas) est liée à l'obstruction des voies biliaires intra-hépatiques ou extra-hépatiques par
compression au niveau du pancréas. Dans 2 à 5% des cas ces lésions conduisent à une
cirrhose biliaire dans des délais variables.
 Pronostic:
 En l'absence de traitement, la médiane de survie est de 3 à 5 ans.
 Il n'existe toujours pas de traitement efficace de la mucoviscidose mais la précocité du
diagnostic ainsi que l'efficacité de l'antibiothérapie et de la kinésithérapie permettent
d'augmenter l'espérance de vie des malades, qui est actuellement de 25 à 30 ans en moyenne.
 Les traitements actuels sont symptomatiques : kinésithérapie respiratoire, antibiothérapie,
nébulisation de bronchodilatateurs et mucolytiques, administration d'inhibiteurs de protéases

pour les manifestations pulmonaires et apport d'enzymes pancréatiques de substitution et de
vitamines pour pallier l'insuffisance pancréatique.
 Une transplantation coeur-poumon voire coeur-poumons-foie n'a eu lieu que dans les
atteintes très évoluées.
 La thérapie génique rencontre de nombreux obstacles. D'autres stratégies prometteuses sont
actuellement à l'étude.
IV- Diagnostic biologique
 Le diagnostic positif de la mucoviscidose repose sur le test de la sueur. C'est encore
aujourd'hui l'examen le plus fiable pour dépister la maladie. Les techniques utilisées
actuellement sont simples mais la quantité de sueur recueillie qui peut être insuffisante chez le
nourrisson de moins de deux mois, le risque d'erreur pouvant alors atteindre 30%.
 Un taux sudoral de chlorures inférieur à 40 mmoles/l est généralement considéré comme
normal.
 Pour des taux compris entre 40 et 60 mmoles/l, l'interprétation est douteuse et il faut
recommencer le test.
 Le diagnostic est positif lorsque des taux supérieurs à 60 mmoles/l sont retrouvés sur
plusieurs examens successifs.
 Une autre technique consiste à mesurer la différence de potentiel transépithélial (DDPTE)
qui existe entre la peau et la muqueuse nasale. Cette valeur est significativement augmentée
en cas de mucoviscidose. Son intérêt concerne essentiellement trois types de situations:
 1) le diagnostic précoce chez le nouveau-né présentant une pathologie digestive suspecte,
alors que le test de la sueur est encore difficile à réaliser;
 2) les diagnostics douteux où sont associés des signes cliniques évocateurs avec des tests de
la sueur intermédiaires ou négatifs;
 3) le suivi évolutif des patients puisqu'il existe une corrélation entre la gravité de l'atteinte
respiratoire mesurée par l'étude du VEMS (volume expiré maximal par seconde) et les
mesures de DDPTE. La méthode est simple et peu coûteuse.
V- Le gène CFTR et ses mutations
V-1. introduction
Le gène CFTR contient 27 exons s'étendant sur 250 kb du chromosome 7, en 7q31, et code un
ARNm de 6,5 kb.
V-2. La mutation F508
 La mutation la plus fréquente, une délétion de trois nucléotides aboutissant à l'élimination
de la phénylalanine en position 508 (F508) rend compte de 70% des allèles CF.
 Il existe une grande hétérogénéité de répartition de cette anomalie, suivant un gradient
nord-ouest/sud-est en Europe, avec, par exemple, 88% de F508 au Danemark, 81% en
Bretagne et 50% en Italie.
 Cette fréquence élevée dans les populations nord-européennes suggère l'existence possible
1- d'un important effet fondateur (un seul événement mutationnel survenu dans le passé) et 2-
d'un avantage sélectif des hétérozygotes. Les hétérozygotes seraient protégés contre la
déperdition hydrique et saline au cours des diarrhées dues à des toxines bactériennes. La
protéine DF508 diminuerait par ailleurs l'entrée du germe pathogène dans l'épithélium

intestinal assurant une protection vis à vis de l'infection.
V-3. Spectre des mutations du gène CFTR
 Plus de 900 mutations ont été décrites ( http://www.genet.sickkids.on.ca/cftr/ ), dont quatre,
hors F508, représentent plus de 2% des cas. Toutes les autres mutations sont rares, voire
détectées seulement dans une famille. La fréquence de certaines mutations varie énormément
d'un groupe géographique à l'autre (ex:la mutation W1282X touche 48% des allèles CF chez
les Juifs ashkénazes et seulement 2% des allèles CF totaux).
 Types de mutations: La majorité des défauts moléculaires du gène CFTR sont des
mutations ponctuelles réparties comme suit: 42% de mutations faux-sens, 24% de
microinsertions et microdélétions entrainant un décalage de la phase de lecture, 16% de
mutations non-sens, 16% de mutations d'épissage et 2% de délétions d'un acide aminé.
Quelques grandes délétions sont également rapportées.
 Transcrits délétés chez les sujets normaux: une des particularités du gène CFTR est
l'existence de transcrits délétés d'un ou de plusieurs exons chez des sujets normaux. Ces
transcrits sont dus à des anomalies conduisant à un épissage alternatif, dont le transcrit délété
de l'exon 9 (9-). La présence ou l'absence de cet exon est corrélé avec un "polymorphisme"
(5T, 7T ou 9T) de séquence de l'intron 8 situé près du site accepteur d'épissage. Si 7T ou 9T
permet d'assurer un épissage normal à 90%, 5T ne permet de produire que 10 à 40% d'ARNm
normal fonctionnel.
V-4. Corrélations génotype-phénotype
 Environ la moitié des patients atteints de la mucoviscidose sont homozygotes pour la
mutation DF508. A l'état homozygote, DF508 est associée à la forme classique de la maladie
avec une augmentation des électrolytes dans la sueur, une insuffisance pancréatique et une
atteinte des poumons le plus souvent sévère.
 Etant donné la fréquence élevée de DF508 (66 %), 40 % des patients sont hétérozygotes
composites avec DF508 sur un allèle et une autre mutation du gène CFTR sur l'autre
chromosome.
 D'une manière générale, la fonction pulmonaire, l'âge de début de la maladie et le taux de
chlore sudoral sont peu corrélés à un génotype particulier.
 D'autre part , hormis pour l'état de la fonction pancréatique, la variabilité au sein d'une
même fratrie laisse prévoir que le génotype seul du gène <CITE&>CFTR ne peut expliquer
totalement le phénotype.
 Seule la mutation A455E (patients hétérozygotes composites DF508/A455E) a été associée
à une atteinte pulmonaire modérée.
- Une ou deux mutations faux-sens permettrait une fonction pancréatique conservée (PS ou
pancreatic sufficiency), alors que deux allèles avec mutations d'épissage, non-sens, ou
décalant la phase de lecture entrainent une insuffisance pancréatique (PI ou pancreatic
insufficiency). Les patients ayant une mutation PI sur un allèle et une mutation PS sur l'autre
allèle ont un phénotype PS; donc, avec une mutation PS permet une activité CFTR suffisante
au niveau pancréatique.
 L'effet d'une mutation peut être modulé par une deuxième mutation héritée en cis sur le
même allèle.
 Le polymorphisme de la séquence polypyrimidique de l'intron 8 module la pénétrance de
certaines mutations.

Mutations. Editor.
VI- La protéine CFTR et ses fonctions
VI-1. Structure de la protéine
 La protéine est composée de 1480 acides aminés.
 Elle contient deux motifs répétés constitués chacun d'un domaine hydrophobe
transmembranaire (TMD) contenant six hélices a et d'une importante région hydrophile
contenant des séquences susceptibles de lier l'ATP (NBF ou Nucleotide Binding fold). Ces
deux motifs sont reliés par un domaine cytoplasmique (domaine R) codé par l'exon 13,
contenant de nombreux résidus chargés et la majorité des sites potentiels de phosphorylation
(substrats probables des protéines kinases A et/ou C)
Figure 1: Structure prédictive de la protéine CFTR, díaprès Riordan et al. 1989 - Pascale
Fanen.