2 Décembre 2015 (10h-11h) DI SCALA Marjorie L2 CR

GENETIQUE MEDICALE – Empreinte génomique parentale et disomie uniparentale en pathologie
2 Décembre 2015 (10h-11h)
DI SCALA Marjorie L2
CR : Juliette Phélip
Génétique Médicale
Pr Nicole Philips
12 pages
Empreinte génomique parentale et disomie uniparentale en pathologie
Plan
A. L'empreinte génomique parentale
B. La disomie uniparentale (DUP)
I. Définition
II. Le diagnostic d'une DUP
III. Mécanismes d'apparition d'une DUP
IV. Conséquences de la DUP
C. Les syndromes de Prader-Willi et d'Angelmann
I. Syndrome de Prader-Willi
II. Syndrome d'Angelmann
III. Etude des deux syndromes
A. L'empreinte génomique parentale
Le phénomène d'empreinte génomique parental est physiologique et indispensable à la survie. Ce phénomène
ne concerne pas tous les gènes.
Les gènes soumis à l'empreinte parentale, ou empreinte génomique, sont caractérisés par un expression
monoallélique. Cela concerne les gènes autosomiques. Il y a expression d'un seul allèle dans ce phénomène.
Ainsi, on peut avoir un lot de cellules avec un gène à expression uniquement paternelle ou uniquement
maternelle.
Cette notion d'empreinte génomique parentale date d'il y a 25-30 ans.
Arguments expérimentaux en faveur de l'empreinte :développement d'embryons uniparentaux.
On prend un ovocyte (qui donne le cytoplasme et le noyau alors que le spermatozoïde ne donne que le noyau),
dans lequel y a un pronucléus mâle et un pronucléus femelle.
On prend un deuxième ovocyte.
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Le but est d'obtenir :
–
un embryon androgénote (contenant 2 pronuclei mâles) : le placenta est normal mais l'embryon est
absent.
– un embryon gynogénote (contenant 2 pronuclei femelles) : le placenta est hypotrophique et il y a un bon
développement de l'embryon (qui ne pourra pas aboutir).
→ Dans les deux cas on a un nombre de chromosome normal mais le développement sera anormal.
Il faut donc pour avoir un bon développement embryonnaire des gènes à expression maternelle et des gènes à
expression paternelle. Il s'agit de la complémentarité fonctionnelle des génomes parentaux.
Les mécanismes de l'empreinte :
Ce phénomène a lieu par modification épigénétique. La séquence nucléotidique des gènes est intacte, mais il
va avoir une modification du comportement de cette séquence par inactivation.
Cette inactivation est possible par :
– Méthylation
– Compaction de la chromatine
– Fixation de facteurs protéiques
– Acétylation des histones
Les caractéristiques de l'empreinte:
–
–
–
Elle est précoce, initialisée avant la fécondation
Elle est réversible
Suffisamment stable pour être transmise d'une cellule mère à une cellule fille tout le long du
développement embryonnaire.
Chez l'Homme, lors de la gamétogenèse, il y a un phénomène d'effacement de l'empreinte pour avoir ensuite
dans les cellules de la lignée germinale l'apparition d'une nouvelle empreinte.
Les gènes humains soumis à l'empreinte parentale :
Il y a entre 100 et 200 gènes soumis à ce phénomène. Ces gènes sont regroupés, sur certaines proportions de
chromosomes, en cluster : les chromosomes 7, 11p15.5, 15q11.3.
Ces clusters peuvent porter des gènes à expression uniquement maternelle et à expression uniquement
paternelle.
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Ils comportent un ou plusieurs ICR (imprinting center = centre de régulation de l'empreinte) qui contrôlent
donc l'inactivation de l'allèle.
Exemples : (La prof a passé rapidement ces diapos)
• Un cluster de 6 genes dans 1,5Mb
–
extrémité distale du chromosome 7 de souris
–
extrémité proximale du bras court du chromosome 11 humain (syndrome de Beckwith-Wiedman)
p57KIP2 → expression maternelle
KVLQT1 → expression maternelle
MASH2 → expression maternelle
INS2 → expression paternelle
IGF2 → expression paternelle
H19 → expression maternelle
• un cluster de 5 genes dans 3,5Mb
–
extrémité proximale du chromosome 7 de souris
–
extrémité proximale du bras long du chromosome 15 humain (syndrome de Prader-Willi et d'Angelman)
Necdin → expression paternelle
ZNF127 → expression paternelle
SNRPN → expression paternelle
IPW → expression paternelle
UBE3A → expression maternelle
Fonction des gènes soumis à l'empreinte :
La plupart de ces gènes sont exprimés précocement au niveau de l’embryogenèse et ont un rôle dans le
développement.
Ainsi beaucoup de pathologies liées à l'empreinte génomique donnent des pathologies du développement
comme des malformations.
Etats pathologiques liés à l'empreinte :
Ils sont liés à un déséquilibre de l'expression d'une seule copie du gene :
– Double dose = disomie (2 copies), duplication du gène actif (ici l'allèle
paternel) .
– Absente = délétion → le gène n'est plus du tout actif.
– Inactivée= mutation.
– Empreinte aberrante = l'allèle normalement inactivé est actif. (ici l'allèle
maternel est actif).
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On peut trouver un défaut de pénétrance dans l'hérédité autosomique dominante. La mutation va se transmettre
de génération en génération mais lorsqu'il y a défaut de pénétrance, l'individu n'aura aucune expression de la
mutation.
Ici on voit un saut de génération. La mutation est présente chez les individus atteints mais également chez les
individus non atteints qui vont alors transmettre leur mutation. L'empreinte parentale peut être une explication
du défaut de pénétrance.
Au niveau de la génération 2 :
– le garçon atteint a un gène silencieux et un gène actif muté qu'il va transmettre a son fils. Le fils sera
donc atteint.
– La fille atteinte, lorsqu'elle va fabriquer l'ovocyte, ne va donner que des allèles inactifs. Ses enfants
auront donc un allèle inactif (le muté) et un allèle actif normal (provenant sans doute de son conjoint).
Cependant chez le garçon de la 3e génération, il y a une réversion de l'empreinte et va donc avoir une fille
exprimant la mutation.
2ème explication :Un locus a 2 allèles. Il faut au moins un allèle fonctionnel. Dans l'empreinte génomique
parental il y a 1 seul allèle qui est actif. Chez les individus (homme ou femme) l'allèle paternel est actif et
l'allèle maternel inactif. Imaginons qu'il y ait une mutation dans un gène qui fait que cet allèle ne s'exprime pas.
1er exemple : L'allèle muté est sur l'exemplaire paternel : les deux allèles vont être inactivés. La maladie va
s'exprimer.
2eme exemple : la mutation est sur l'allèle maternel. Cet allèle est déjà inactif. Le paternel est normal. La
mutation ne s'exprime donc pas.
Pour les 2 filles de la dernière génération : une est malade l'autre non. Elles ont toutes les deux la mutation. Le
risque d'avoir un enfant malade est de 0 car elles vont transmettre l'allèle muté qui ne sera pas fonctionnel. Mais
elles ont 1 chance sur 2 d'avoir des enfants porteurs.
Alors que l'homme a 1 risque sur 2 d'avoir un enfant malade.
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B. La disomie uniparentale (DUP)
I. Définition
La disomie uniparentale (DUP) est définie comme la présence dans une cellule diploïde de deux chromosomes
d'une même paire hérités d'un même parent. Ce phénomène n'est pas physiologique mais n'entraine pas
obligatoirement un phénomène pathologique.
Les deux types de DUP sont :
– Isodisomie : présence de deux copies du même chromosome parental.
–
Hétérodisomie : présence des deux chromosomes homologues d'une même paire d'un même parent.
II. Le diagnostic d'une DUP
Le diagnostic ne peut pas se faire sur un caryotype puisqu'il est impossible de différencier les chromosomes
maternels et paternels.
Le diagnostic repose sur des techniques de génétique moléculaire utilisant des marqueurs polymorphes
pour mettre en évidence la non contribution du génome d'un parent.
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Dans le cas d'une isodisomie :
Quand on fait une PCR les fragments vont migrer en fonction de leur taille. Chaque ligne représente un allèle
numéroté de 1 à 4.
La mère a l'allèle 2 et l'allèle 4 et le père 1 et 3. L'enfant est 2/2. (le trait du milieu est plus épais). Mais il est
possible que le père ne soit pas le père. Il faut chercher sur d'autres chromosomes. La non contribution à un
locus avec plusieurs chromosomes confirme la non paternité du père.
Dans le cas d'une hétérodisomie :
L'enfant héritera des 2 chromosomes d'un meme parent ce qui explique que son haplotype soit identique à celui
d'un des 2 parents.
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III. Mécanismes d'apparition d'une DUP
Rappel :Dans la méiose normale, on retrouve un exemplaire de chaque chaque chromosome parental dans les
gamètes. Les gamètes sont monosomiques.
La DUP est la conséquence d'une non-disjonction méiotique.
Non-disjonction à la méiose II :
La première division cellulaire est normale.
Dans la deuxième division, 2 chromosomes vont partir dans une
même cellule. On aura donc un gamète disomique (isodisomie) et
un gamète nullisomique.
Non-disjonction à la méiose I :
Les gamètes disomiques contiennent la paire chromosomique de l'un
des parents (hétérodisomie).
La complémentation gamétique :
C'est la rencontre entre un gamete disomique et nullisomique donnant
une cellule œuf isodisomique ou hétérodisomique. Ce phénomène est
rare.
ainsi
La duplication chromosomique :
C'est la rencontre entre un gamete monosomique et un gamete nullisomique
donnant une cellule œuf monosomique. Pour la survie de la cellule œuf, il y a
duplication chromosomique.
La correction de trisomie :
C'est la rencontre entre un gamete monosomique et disomique donnant
une cellule œuf trisomique. Le chromosome surnuméraire va être expulsé
lors des premières divisions.
Ce phénomène est fréquent.
La probabilité que cela donne une DUP est de 1/3.
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La non-disjonction mitotique (isodisomie) :
Pendant les divisions cellulaires un chromosome va être perdu dans une
cellule-oeuf normale. Ce phénomène sera suivi d'une duplication du
chromosome homologue ce qui donnera une isodisomie.
La recombinaison mitotique (isodisomie partielle) :
Il y a beaucoup de disomies parentales qui sont liées à des
accidents mitotiques c'est-à-dire des recombinaisons mitotiques
qui donnent des isodisomies partielles. Ces isodisomies
partielles donnent le plus souvent des mosaïques.
Pour que ces isodisomies partielles soient dans toutes les
cellules il faut que cela se produise au début développement.
IV. Conséquences de la DUP
La DUP n'est pas toujours pathologique. Elle devient pathologique lorsqu'elle touche des gènes soumis à
l'empreinte parental.
Dans le cas d'une maladie récessive :
Un enfant a une maladie récessive avec 2 mutations sur les 2 allèles. On sait qu'un seul parent (la mère) a la
mutation sur un des allèles.
Il y a alors 3 explications :
– DUP isodisomie. (si c'était une hétérodisomie, l'enfant serait hétérozygote et ne serait pas malade).
– Mutation de novo (rare dans les maladies récessives)
– Le pere n'est pas le pere biologique de l'enfant
Si on a affaire à une isodisomie, le risque d'avoir un autre enfant atteint de la même maladie est infime.
Démontré pour : (la prof ne s'est pas attardée dessus) :
• mucoviscidose (Chr7)
• DIDMOAD (Chr4p)
• Cartilage-hair hypoplasia (Chr9p)
• Epidermolyse bulleuse Herlitz (1q)
• Amyotrophie spinale infantile (Chr5q)
• Déficit en lipoprotein-lipase (Chr8p)
• Maladie de Chediak-Higasi (Chr1)
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Dans le cas d'une transmission père-fils d'une maladie liée à l'X (très rare!) :
Il y a eu une non-disjonction des chromosomes sexuels (élimination du chromosome X de la mère lors de la
méiose et duplication du chromosome X du père).
DUP et empreinte parentale :
Si les gènes portés par le chromosome ou le segment chromosomique, ayant subis une DUP, sont soumis à
l'empreinte parentale on a alors des anomalies du développement pré et/ou post-natal.
DUP sans retentissement phénotypique :
• DUP maternelle et paternelle des chromosomes 21 et 13
• DUP maternelle du chromosome 21
• DUP paternelle du chromosome 6
DUP avec retentissement phénotypique :
• DUP 6 maternelle: diabète néonatal transitoire, RCIU (retard de croissance intra-utérin),
macroglossie
• DUP 7 maternelle : RCIU (Silver-Russel)
• DUP 11 paternelle : syndrome de Beckwith-Wiedeman
• DUP14 maternelle : RCIU, hypotonie, hyperlaxité, macrocéphalie, petite taille, petites mains,
retard psychomoteur, obésité, puberté précoce (tableau ressemblant à celui du syndrome de
Prader-Willi)
• DUP 14 paternelle : hydramnios, camptodactylie
• DUP 16 : RCIU, malformations
CR : Il suffit de retenir que la DUP n'a pas forcément de conséquence.
C. Les syndromes de Prader-Willi et d'Angelmann
I. Syndrome de Prader-Willi
Ce syndrome a été décrit dans les années 50-60.
A la naissance les individus sont :
–
–
–
–
Hypotonique
dysmorphique
ont un hypogénitalisme
et des difficultés alimentaires
Pendant la grossesse :
–
–
Diminution des mouvements foetaux (car hypotonie)
Hydramnios
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Chez l'enfant et l'adulte :
–
–
–
–
–
obésité ++++ (jusqu'à 140kg) avec hyperphagie
déficience mentale modérée
comportement particulier (colères, obsessions)
petite taille
retard pubertaire
II. Syndrome d'Angelmann
–
–
–
Retard mental très sévère (absence de langage)
Signes neurologiques : ataxie, microcéphalie acquise, épilepsie
comportement particulier (accès de rire)
III. Etude des deux syndromes
Cas normal :
Dans cette région, on a des gènes à expression maternelle comme UBE3A et expression paternelle comme
SNRPN.
Cas du syndrome d'Angelmann : 3 situations possibles
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–
–
–
Délétion maternelle : Le gène en cause est la non expression d'UBE3A.
Mutation sur l'allèle maternel entraînant son inactivation.
Disomie paternelle : on a donc deux exemplaires UBE3A inactifs.
Cas du syndrome de Prader-Willi :
.
On peut avoir une délétion paternel, il n'y a donc pas de gène SNRPN actif.
On peut avoir une disomie maternelle, il y a donc 2 exemplaires de SNRPN inactifs.
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