analyse de liaison génétique
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Les documents présentés dans ce cours sont issus : • soit de travaux personnels • soit de travaux présentés sur le web Leur utilisation ne doit donner lieu à aucune exploitation commerciale D. LOCKER Professeur des Universités Spécialité: Génétique Université d’Orléans UFR/Faculté des Sciences Introduction à la génétique humaine Introduction d’après le cours de Laurent VILLARD Inserm Unité 491 Faculté de Médecine de La Timone http://www.team3-u491.net 15 ARBRES GÉNÉALOGIQUES Homme Femme Mariage Séparation Enfants adoptés Grossesse Femme atteinte Divorce Avortement Homme atteint Relation/liaison Fausse couche Introduction d’après le cours de Laurent VILLARD Inserm Unité 491 Faculté de Médecine de La Timone Mort-né Décédé Enfants dans l’ordre des naissances (le plus âgé à gauche) Jumeaux Mariage consanguin 16 HÉRÉDITÉ AUTOSOMIQUE DOMINANTE √ Les gènes impliqués dans les maladies transmises sur le mode autosomique dominant (AD) sont localisés sur les autosomes. √ L'allèle muté responsable de la maladie est dominant sur l'allèle "sauvage" : la maladie s'exprime chez l'hétérozygote. √ En pathologie humaine, les situations où l'on observent des homozygotes pour les allèles mutés responsables de pathologies dominantes sont rares; cette situation peut conduire à un phénotype identique ou plus sévère. Introduction d’après le cours de Laurent VILLARD Inserm Unité 491 Faculté de Médecine de La Timone 17 HÉRÉDITÉ AUTOSOMIQUE DOMINANTE Les deux sexes sont atteints avec la même fréquence. On observe père-fils. des transmissions Tout porteur d’un allèle morbide AD a un risque de 50% de le transmettre à ses enfants. Introduction d’après le cours de Laurent VILLARD Inserm Unité 491 Faculté de Médecine de La Timone 18 HÉRÉDITÉ AUTOSOMIQUE DOMINANTE Particularité de l’hérédité AD : Pénétrance incomplète √ Un individu muté peut ne présenter aucun signe de l'affection. Le gène morbide est dit alors avoir une pénétrance incomplète. Un sujet apparemment sain peut donc être porteur du gène muté et transmettre la maladie à sa descendance donnant lieu ainsi à un "saut de génération". Introduction d’après le cours de Laurent VILLARD Inserm Unité 491 Faculté de Médecine de La Timone 19 HÉRÉDITÉ AUTOSOMIQUE DOMINANTE Particularité de l’hérédité AD : Pénétrance incomplète √ La pénétrance d'un allèle morbide est définie par le rapport suivant : nombre hétérozygotes malades / nombre total hétérozygotes En pratique, une pénétrance de 80% signifie qu'un sujet porteur de la mutation a 80% de risque d'être malade. Ce phénomène est expliqué par l'interaction de l'allèle morbide avec des gènes modificateurs ou des facteurs de l'environnement. Introduction d’après le cours de Laurent VILLARD Inserm Unité 491 Faculté de Médecine de La Timone 20 HÉRÉDITÉ AUTOSOMIQUE DOMINANTE Particularité de l’hérédité AD : Pénétrance incomplète √ La pénétrance d'un gène morbide peut aussi varier en fonction d'autres paramètres dont l'âge ou le sexe (la pénétrance de la mutation responsable de la chorée de Huntington est de 0 à la naissance, de 50% vers 40 ans et de 100% vers 70 ans). Introduction d’après le cours de Laurent VILLARD Inserm Unité 491 Faculté de Médecine de La Timone 21 HÉRÉDITÉ AUTOSOMIQUE DOMINANTE Particularité de l’hérédité AD : Expressivité variable √ Un allèle morbide peut s'exprimer par des signes cliniques différents d'un individu à l'autre. C'est le cas, par exemple, de la neurofibromatose de type I dont les signes peuvent varier en nature et en gravité chez les membres d'une même famille. Introduction d’après le cours de Laurent VILLARD Inserm Unité 491 Faculté de Médecine de La Timone 22 HÉRÉDITÉ AUTOSOMIQUE DOMINANTE Particularité de l’hérédité AD : Mutations récentes √ Il arrive qu'un sujet malade naisse de deux parents sains et non porteurs de la mutation. Ce phénomène est expliqué par l'apparition de l'allèle muté dans l'un des gamètes parentaux; il s'agit d'une mutation de novo ou néomutation. Dans la descendance du sujet porteur de cette nouvelle mutation on retrouve les caractéristiques de transmission de l'hérédité AD. Pour certaines maladies, la proportion de néomutations est très élevée; c'est le cas, par exemple, pour l'achondroplasie (80%), pour NF1 (50%) et pour la maladie de Marfan (50%). Introduction d’après le cours de Laurent VILLARD Inserm Unité 491 Faculté de Médecine de La Timone 23 HÉRÉDITÉ AUTOSOMIQUE DOMINANTE Particularité de l’hérédité AD : Mosaïques germinales √ Le mosaïcisme germinal est défini par la présence d'une double population de cellules germinales, certaines étant porteuses d'une mutation, d'autres étant sauvages. √ Par définition, le parent porteur d'une mutation germinale en mosaïque peut la transmettre à sa descendance. Si cette mutation est absente des cellules somatiques, la maladie ne s'exprimera pas chez le parent porteur mais pourra être transmise à sa descendance. √ Ce concept est d'une grande importance en conseil génétique puisqu'il signifie que des parents indemnes peuvent avoir plus d'un enfant porteur d'une apparente néo-mutation. Introduction d’après le cours de Laurent VILLARD Inserm Unité 491 Faculté de Médecine de La Timone 24 HÉRÉDITÉ AUTOSOMIQUE RECESSIVE √ Les gènes responsables des maladies transmises sur le mode autosomique récessif (AR) sont localisés sur les autosomes. √ L'allèle muté responsable de la maladie est récessif sur l'allèle sauvage; les hétérozygotes sont sains et la maladie ne s'exprime que chez l'homozygote. Introduction d’après le cours de Laurent VILLARD Inserm Unité 491 Faculté de Médecine de La Timone 25 HÉRÉDITÉ AUTOSOMIQUE RECESSIVE Les deux sexes sont atteints avec la même fréquence. Les parents sont généralement sains mais sont obligatoirement hétérozygotes. Un couple d’hétérozygotes a un risque de 25% d’avoir un enfant atteint à chaque nouvelle conception. On observe un excès d’unions consanguines chez les parents des sujets atteints. Introduction d’après le cours de Laurent VILLARD Inserm Unité 491 Faculté de Médecine de La Timone 26 HÉRÉDITÉ AUTOSOMIQUE RECESSIVE Particularité de l’hérédité AR : Consanguinité √ Le terme d'union consanguine est incorrect : on doit parler d'union entre sujets apparentés, c'est à dire entre deux individus ayant au moins un ancêtre commun. √ Dans cette situation, l'homme et la femme ont un risque plus grand d'avoir reçu de leur ancêtre commun, à un locus donné, un allèle identique et d'avoir des enfants homozygotes. √ Le coefficient de consanguinité définit la probabilité que les enfants de cette union reçoivent effectivement deux fois le même allèle. Introduction d’après le cours de Laurent VILLARD Inserm Unité 491 Faculté de Médecine de La Timone 27 HÉRÉDITÉ RÉCESSIVE LIÉE AU CHROMOSOME X Dans ce mode d'hérédité, l'allèle morbide se comporte comme un caractère récessif. Les femmes hétérozygotes ne sont pas atteintes mais peuvent transmettre la maladie; elles sont dites conductrices de la maladie. La maladie ne se manifeste que chez les sujets de sexe masculin (XY) ne possédant qu'une seule copie du gène (sujets hémizygotes). Introduction d’après le cours de Laurent VILLARD Inserm Unité 491 Faculté de Médecine de La Timone 28 HÉRÉDITÉ RÉCESSIVE LIÉE AU CHROMOSOME X Caractéristique de l'hérédité RLX √ √ Seuls les garçons sont atteints. Dans les formes familiales, les sujets mâles atteints se retrouvent uniquement dans la lignée maternelle. √ Il n'y a aucun sujet atteint dans la lignée paternelle et l'on n'observe jamais de transmission père-fils. Introduction d’après le cours de Laurent VILLARD Inserm Unité 491 Faculté de Médecine de La Timone 29 HÉRÉDITÉ RÉCESSIVE LIÉE AU CHROMOSOME X Caractéristique de l'hérédité RLX Les risques pour une femme conductrice sont les suivants : √ un garçon sur deux est atteint. √ une fille sur deux est conductrice. √ si un homme atteint se reproduit, aucun de ses enfants n'est malade mais toutes ses filles sont conductrices. Introduction d’après le cours de Laurent VILLARD Inserm Unité 491 Faculté de Médecine de La Timone 30 HÉRÉDITÉ RÉCESSIVE LIÉE AU CHROMOSOME X Caractéristique hérédité RLX : Inactivation du chromosome X Dans chacune des cellules somatiques des femmes, les allèles d'un seul chromosome X sont fonctionnels; ceux portés par l'autre chromosome X sont pratiquement tous inactivés. L'inactivation d'un des chromosomes X se fait au hasard, à un stade précoce de l'embryogenèse. Introduction d’après le cours de Laurent VILLARD Inserm Unité 491 Faculté de Médecine de La Timone 31 HÉRÉDITÉ RÉCESSIVE LIÉE AU CHROMOSOME X Caractéristique hérédité RLX : Inactivation du chromosome X Chez une femme hétérozygote pour une maladie RLX, l'inactivation peut toucher soit le chromosome porteur de l'allèle muté soit celui porteur de l'allèle sain. La répartition aléatoire des X actifs dans tous les tissus explique la variabilité d'expression de l'allèle muté qui peut entraîner des anomalies biologiques (voire cliniques) chez les conductrices. Introduction d’après le cours de Laurent VILLARD Inserm Unité 491 Faculté de Médecine de La Timone 32 HÉRÉDITÉ DOMINANTE LIÉE AU CHROMOSOME X Dans la transmission DLX, l'allèle morbide se comporte comme un caractère dominant et se manifeste aussi bien chez les garçons hémizygotes que chez les filles hétérozygotes (souvent à un degré de gravité moindre). Introduction d’après le cours de Laurent VILLARD Inserm Unité 491 Faculté de Médecine de La Timone 33 HÉRÉDITÉ DOMINANTE LIÉE AU CHROMOSOME X Caractéristique hérédité DLX √ Les deux sexes peuvent être touchés par la maladie √ En général, les filles hétérozygotes sont moins sévèrement malades que les garçons √ Les femmes atteintes peuvent transmettre leur maladie aux enfants des deux sexes avec un risque de 1/2 √ Dans la descendance d'un homme atteint toutes les filles reçoivent le gène muté; en revanche, il n'y a jamais de garçon atteint (pas de transmission père-fils) Introduction d’après le cours de Laurent VILLARD Inserm Unité 491 Faculté de Médecine de La Timone 34 HÉRÉDITÉ MITOCHONDRIALE √ Les maladies mitochondriales résultent de défauts au niveau des mitochondries (présentes dans toutes les cellules du corps à l’exception des globules rouges). √ Les cellules les plus affectées sont celles du cerveau, du cœur, du foie, des muscles, du rein et du système respiratoire (les tissus ayant le plus grand besoin énergétique). √ En fonction des cellules qui sont affectées, les symptômes peuvent être très différents. Introduction d’après le cours de Laurent VILLARD Inserm Unité 491 Faculté de Médecine de La Timone 35 HÉRÉDITÉ MITOCHONDRIALE √ Les mitochondries sont exclusivement d‘origine maternelle. Si l’ensemble des mitochdondries d’une cellule sont anormales, on parle d’homoplasmie. Si seules quelques mitochondries sont anormales dans une cellule, on parlera d’hétéroplasmie. √ L’âge de déclenchement de la pathologie, sa sévérité et les symptômes observés dépendent du pourcentage de mitochondries anormales dans un tissu donné. Introduction d’après le cours de Laurent VILLARD Inserm Unité 491 Faculté de Médecine de La Timone 36 A B D C F G E Introduction d’après le cours de Laurent VILLARD Inserm Unité 491 Faculté de Médecine de La Timone 37 AD AR DLX RLX Mito Mito LY Introduction d’après le cours de Laurent VILLARD Inserm Unité 491 Faculté de Médecine de La Timone Cartographie et études de liaison chez l’homme D’après Laurent VILLARD Inserm Unité 491 Faculté de Médecine de La Timone http://www.team3-u491.net 30 Les familles du CEPH D’après Laurent VILLARD Inserm Unité 491 Faculté de Médecine de La Timone 32 ANALYSE DE LIAISON GÉNÉTIQUE LOD (Logarithm of the odds) SCORE (Z) C’est une valeur déterminée dans le cadre d’une ANALYSE DE LIAISON GENETIQUE ! Il s'agit d'une mesure statistique. C'est le logarithme du rapport des probabilités entre l'hypothèse proposée (liaison génétique) et l'hypothèse contraire (pas de liaison). Z = log10 LR D’après Laurent VILLARD Inserm Unité 491 Faculté de Médecine de La Timone LR = liaison / non liaison ANALYSE DE LIAISON GÉNÉTIQUE Si le lod score est supérieur à 3 (c'est-à-dire que la liaison est mille fois plus probable que la non-liaison) on tranche, en général, dans le cas des maladies monogéniques autosomiques, en faveur de la liaison génétique. D’après Laurent VILLARD Inserm Unité 491 Faculté de Médecine de La Timone 33 34 ANALYSE DE LIAISON GÉNÉTIQUE Une valeur de lod score égale ou supérieure à 2 est acceptée comme étant significative pour le chromosome X. Les valeurs inférieures à -2 (100 chances pour 1 contre la liaison génétique) excluent une la liaison génétique. Z -2 Non liaison D’après Laurent VILLARD Inserm Unité 491 Faculté de Médecine de La Timone 0 Ajouter des familles… +3 Liaison ANALYSE DE LIAISON GÉNÉTIQUE I A1/A2 A3/A4 La maladie migre avec l’allèle A3 II A1/A3 A5/A6 Les malades ont tous A3 sauf celui qui est A1/A6 qui va correspondre à une recombinaison III A3/A6 A3/A6 A1/A6 A3/A5 A1/A5 A3/A5 A1/A6 Recombinant D’après Laurent VILLARD Inserm Unité 491 Faculté de Médecine de La Timone ANALYSE DE LIAISON GÉNÉTIQUE 1- Il faut fixer une fraction de recombinaison θ Si on suppose que le gène responsable et le marqueur sont au même endroit, elle sera égale à 0. Sinon, on fixe une fraction de recombinaison : par exemple 5% Cette valeur s’appelle θ (théta). θ varie entre 0 (identité de position) et 0,5 (non liaison). θ = 5% signifie que le gène responsable et le marqueur considéré resteront liés dans 95 % des méioses observées. Une recombinaison sera observée dans 5% des méioses. D’après Laurent VILLARD Inserm Unité 491 Faculté de Médecine de La Timone 36 ANALYSE DE LIAISON GÉNÉTIQUE 2- Calcul de la probabilité de liaison Probabilité de liaison (non recombinaison) entre gène et marqueur = parentaux Si θ = 0.05 = fréquence des parentaux = 0,95 Si indépendance fréquence des parentaux = 0,5 Rapport des probabilités (LR) avec les deux hypothèses = 0.95/0.5 = 1,9 donc un lod score Z = log10(LR) = 0,279 D’après Laurent VILLARD Inserm Unité 491 Faculté de Médecine de La Timone 37 ANALYSE DE LIAISON GÉNÉTIQUE 3- Calcul de la probabilité de non liaison Probabilité des recombinés Fréquence des recombinés =0,05 Fréquence des recombinés si indépendance = 0,5 Rapport des probabilités (LR) avec les deux hypothèses = 0.05/0.5 = 0,1 donc un lod score Z = log10 (LR) = -1 D’après Laurent VILLARD Inserm Unité 491 Faculté de Médecine de La Timone 38 ANALYSE DE LIAISON GÉNÉTIQUE I A1/A2 A3/A4 La maladie migre avec l’allèle A3 II A1/A3 A5/A6 Les malades ont tous A3 sauf celui qui est A1/A6 qui va correspondre donc à une recombinaison III A3/A6 A3/A6 A1/A6 A3/A5 A1/A5 A3/A5 A1/A6 Recombinant Dans cette famille avec 7 enfants (7 meioses) dont 1 recombinant : (6 x 0.279) + (1 x (-1)) = Z = 0.674 pour D’après Laurent VILLARD Inserm Unité 491 Faculté de Médecine de La Timone θ = 0,05 au marqueur A3 40 ANALYSE DE LIAISON GÉNÉTIQUE En combinant plusieurs familles il devient possible d'établir une éventuelle liaison entre le marqueur testé (connu, ici A) et le gène non connu (responsable de la pathologie) mais qui sera ainsi localisé si Z > 3. Les individus recombinants font chuter le lod score = beaucoup de gamètes recombinants indique que le gène et le marqueur ont peu de chance d’être liés génétiquement… (- l’infini à θ = 0) D’après Laurent VILLARD Inserm Unité 491 Faculté de Médecine de La Timone Résumé de l’analyse par Lod score L(θ< 0.5) Lod score (θ) = log10 ------------ L(θ = 0.5) Lod > 3: evidence de la liaison Lod < -2: exclusion de la liaison D’après Laurent VILLARD Inserm Unité 491 Faculté de Médecine de La Timone Calcul de lod score Exemple d’un test cross chez la souris qui a donné 28 descendants recombinants et 64 descendants non recombinants. Principe du calcul du LOD score On compare deux hypothèses: H1les gènes sont liés et HO les gènes sont indépendants. Soit θ la fréquence de recombinaison qui varie de 0 à 0.5. le LOD score = Zθ1 = LOG10 LH1/LHO (avec L = vraisemblance). Zθ1 est calculé pour toutes les valeurs de θ entre 0 et 0.5. soit dans l’exemple : Zθ = LOG10 θr * (1-θ)nr 0.5nr+r Ce qui donne ce type de résultat : =LOG10(((0,15^28)*(0,85^64))/(0,5^92)) =LOG10(((0,25^28)*(0,75^64))/(0,5^92)) =LOG10(((0,30^28)*(0,70^64))/(0,5^92)) =LOG10(((0,35^28)*(0,65^64))/(0,5^92)) = 0,11 = 2,84 = 3,14 = 2, 95 4 3 LOD score 2 1 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 -1 -2 -3 -4 fréquence de recom binaison 0,5 La plus forte estimée de Zθ permet d’avoir deux informations : liaison ou pas et si liaison estimation de la fréquence de recombinaison. LOD score >3 H1 est 1000 fois plus probable que HO. Autre manière plus classique procéder avec ce type de résultat : faire un test du χ2 HO indépendance recombinants 92/2 et non recombinants 92/2 χ2 = (28-46)2/46 + (64–46)2/46 = 14 χ2 > 3,8 avec 1 ddl au risque 5% on rejette HO on prend H1 soit hypothèse de liaison Calcul de θ = 28/92 = 0.30
