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La mucoviscidose Génétique Cours décembre
2003 Annie Conter
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La Mucoviscidose et le gène cftr Première partie
3
La mucoviscidose ou fibrose kystique du pancréas
cystic fibrosis CF est la plus fréquente des
maladies autosomiques récessives Cest une
maladie monogénique correspondant à laltération
dun seul gène cftr Sa fréquence est de1/2500
naissances
4
Voies aériennes
Atteintes hépatiques 5
Pancréas 85
Appareil reproducteur 95 des hommes steriles
Intestin grêle 10
Peau glandes sudoripares sueur salée
5
Généalogie dune famille atteinte par la
mucoviscidose
I
Larbre généalogique révèle le caractère récessif
de la maladie La maladie apparaît dans la
descendance de deux individus non malades
II
III
IV
Deux enfants malades
6
Mariage consanguin
Dans cette famille, les enfants atteints sont
issus dun mariage entre cousins germains. Chacun
des cousins est porteur
7
Le grand parent porteur peut être lun ou lautre
Porteur
Porteur
Porteur
Porteur
Porteur
malade
malade
8
Bandes G digestion tryspsine Giemsa (bandes
sombres), bandes claires appelées G négatif
p bras court
centromère
Le gène cftr responsable de la maladie a été
localisé en 1985 sur le bras long du chromosome 7
en position 7q31 grâce à lanalyse de la liaison
avec des marqueurs moléculaires
q bras long
Chromosome 7
9
Un individu hétérozygote porteur de la maladie
produira à la méïose deux types de gamètes Soit
la paire de chromosomes 7 appariée à la prophase
I de la meïose
cftr
M
P
cftr-
10
Anaphase I
cftr
M
Oocyte ou spermatocyte
P
cftr-
11
anaphase II
cftr
Deux gamètes portent cftr Deux gamètes portent
cftr-
cftr-
Ovule ou spermatozoïde
12
A lissue de la méïose dun porteur
hétérozygote la moitié des gamètes portent
lallèle cftr et lautre moitié lallèle muté
cftr-
Première loi de Mendel
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Le mariage entre deux parents porteurs
hétérozygotes sécrit cftr / cftr- X
cftr / cftr-
½ cftr ½ cftr- ½ cftr cftr/cftr cftr/cftr-
sain porteur ½ cftr- cftr/cftr- cftr-/cftr-
porteur malade
Soit une probabilité de 25 davoir un enfant
malade
14
On peut maintenant reconstituer certains
génotypes de la généalogie
Un des deux est cftr/cftr-, lautre cftr/cftr
cftr/cftr-
cftr/cftr-
cftr/cftr-
cftr/cftr-
cftr-/cftr-
cftr-/cftr-
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I. Soit le père est porteur de lallèle muté de
cftr
II. Une chance sur 2 dêtre porteur
cftr/cftr-
cftr/cftr-
III. Une chance sur 2 dêtre porteur
cftr/cftr-
cftr/cftr-
IV. Une chance sur 2 dêtre porteur Une chance
sur 4 dêtre malade
Pour les petits effectifs, la variabilité autour
de ces valeurs est grande
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Biologistes Moléculaires et biochimistes ont
collaboré pour isoler le gène cftr et étudier la
protéine CFTR. Le gène de 230 Kilobases
transcrit en un ARN messager de 6,5Kb contient 27
exons. La protéine CFTR est composée de 1480
acides aminés et de 5 domaines et constitue un
canal chlore.
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Cl-
Cl-
TM
Protéines CFTR au pôle apical
ATP
R
R
ATP
ATP
Chromosome 7 gène cf
5
3
TM2
NBF
TM1
R
NBF
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Epidémiologie de la mucoviscidose Cest la plus
fréquente des maladies autosomiques récessives
graves dans les populations dorigine
européenne. Soit q, la fréquence de lallèle cftr
dans la population, p la fréquence de lallèle
cftr. 1/2500 nouveau-nés touchés par la maladie
correspondent à q2 rencontre de deux allèles
cftr, soit q 1/50.
p1-q 1 q1/50
p1-q 1 q1/50
Porteurpq Porteurpq maladeq2
On peut évaluer à 2pq la fréquence de porteurs
hétérozygotes, soit 1/25
19
Deuxième partie
20
Plusieurs mutations peuvent affecter la protéine
CFTR. Il existe 6 classes de mutants
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Classe I Mutations qui affectent la production
de la protéine CFTR nest pas produite
Mutations non sens Mutations de décalage de la
phase de lecture
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UGA est un Codon stop
UGG (W) tryptophane
Il nexiste pas dARNt portant lanticodon ACU
ARNm
Arrêt de traductionProtéine tronquée
23
B. Décalage de phase de lecture Addition ou
délétion dun nombre de bases non multiple de 3.
G 5GAT CGG GGG GAT AGG GAT3 Asp
Ala Gly Asp Glu Asp 5GAT CGG GGG
GGA TAG GGA T3 Asp Ala Gly
Gly stop Protéine tronquée
24
La protéine est absente, ces mutations
conduisent à une perte de conductance au chlore.

25
Classe 2 Mutations perturbant les processus de
maturation cellulaire de la protéine
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Mauvais ciblage de la protéine vers la membrane
plasmique
Exemple la délétion du triplet CTT dans léxon
10 appelée mutation DF508 protéine plus courte
dun acide aminé la phénylalanine.
Ile Ile Phe Gly ATC ATC TTT GGT Ile Ile
D Phe Gly ATC ATT (CTT) GGT
exon10
27
Classe 3 Mutations entraînant un défaut de
régulation du canal chlore Mutations au niveau
des sites de fixation à lATP NBF1 et NBF2
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Absence de signal douverture
R
G GAU Gly (G) GGU Asp (D)
Exemple la mutation faux sens G551 D la glycine
en position 551 est remplacée par lacide
aspartique
NBF
NBF
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Classe 4 Anomalie de conduction Mutations
altérant la conduction et la sélectivité ionique.
Ce sont des mutations des régions
transmembranaires
30
?
Canal bien positionné, mais diminution du flux
dions et sélectivité modifiée autres ions
que Cl-
R
Exemple mutations faux sens dans TM1 et
TM2 R117H Arginine en histidine R334WArginine en
tryptophane
TM1
TM2
31
Classe 5 Diminution du nombre de canaux chlore
par défaut de synthèse des protéines CFTR
Défaut dépissage altérant la stabilité de
lARN messager CFTR
32
Défaut dépissage Un intron nest pas éliminé,
lARN messager est instable
Exemple défaut dépissage entre lintron 8 et
lexon 9
Diminution du nombre de canaux CFTR
33
Classe 6 Diminution du nombre de canaux chlore
Mutations affectant la stabilité de la protéine
34
Cl-
R
ATP
diminution du nombre de canaux CFTR
Exemple Délétion de la partie C terminale de la
protéine qui devient instable
35
?
Cl-
Classe 4 Défaut de conduction et sélectivité
ionique
Classes 5 et 6 Diminution du nombre de canaux
ARNm ou protéines instables
Classe 3 Défaut de régulation
Classe 2 Défaut de maturation
ARNm
Classe 1 Défaut de production
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900 mutations ont été décrites cest une
maladie multiallélique. 67 des mutations sont
la délétion DF508 Les mutations restantes non
DF508 se répartissent en 45 faux sens 18
non sens 23 insertions et délétions
entraînent un décalage du cadre de lecture 14
sont des mutations dépissage trouvées parfois
chez des individus non malades
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La maladie est récessive le phénotype de la
mucoviscidose sexprime quand les deux allèles
cftr portent des mutations qui entraînent une
perte de fonction de la protéine CFTR tous les
malades de mucoviscidose sont homozygotes. La
perte de fonction de la protéine CFTR sera plus
ou moins grave, selon la mutation, allant de
labsence complète des canaux, à une moindre
sélectivité ionique ou à une diminution du nombre
de canaux. Toutes les combinaisons entre ces
mutations seront possibles
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Les allèles du gène cftr chez des malades
Autre mutation
Mutation faux sens
Mutation faux sens
DF508
DF508
DF508
50 homozygotes
40  hétérozygote  composite
10 autres mutations
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Pour les mariages consanguins, les formes seront
homozygotes pour la mutation
I. Soit le père est porteur de la mutation D F508
dans le gène cftr
/D F508
II.
/D F508
/ D F508
III.
/ D F508
/DF508
IV. Les deux enfants malades sont homozygotes
pour la mutation D F508
D F508/D F508
40
La mucoviscidose est une maladie multiallélique
comportant 900 mutations différentes avec des
disparités régionales et ethniques. Exemple En
Europe, la délétion DF 508 représente 88 au
Danemark, 81 en Bretagne et 50 en Italie. La
mutation G551D semble spécifique des populations
dorigine celte 5 à 20 (Royaume uni, Bretagne)
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Progrès espoirs Thérapie génique Elle consiste à
apporter le gène fonctionnel aux cellules et
permettre la synthèse dune protéine CFTR Le
gène est introduit grâce à des vecteurs dorigine
virale (adénovirus) ou synthétique (liposomes) 26
essais ont été réalisés en Europe et aux
Etats-Unis les résultats sont encourageants
mais modestes. Le gène est transféré, bien
toléré, mais de manière transitoire. Obstacles à
surmonter Trouver un vecteur capable dinfecter
les cellules mais non détruit par le système
immunitaire, et capable de transférer le gène de
manière durable Déterminer quelle est la
meilleure cellule que le vecteur doit atteindre.
Vérifier que la technique est sans danger pour
les patients et son environnement