bases moléculaires des pathologies mitochondriales héréditaires

Bases Moléculaires des Pathologies Mitochondriales Héréditaires

Guy LENAERS

Institut Pasteur de Tunis, 19 octobre 2016

RIIP 2016

Une petite histoire…

Athmosphère

O2

Océans

T°c NaCl - SH

archaebacteria eubacteria MITOCHONDRIA

EUCARYOTES

Une petite histoire …

Metazoaires

Mycètes

Protistes

Plantes

Une petite histoire… Le réseau mitochondrial

structure conservée au sein de l’évolution

Une petite histoire… Les Mitochondries en microscopie électronique

VIE

MORT

CO2

ROS

CHO

O2

ATP

T°c

Precurseurs

Métabolites Acides aminés

Lipides Fe-S hème Stéroides Calcium

Une petite histoire… Les fonctions et dysfonctions de la mito

Mitochondries = mitotracker ADN = picogreen

Cellules HeLa

Une petite histoire… Deux Génomes !

> 1,800 proteins 13 peptides

nucléaire

mito

Transfert de gènes

Une petite histoire… Les protéines mito sont codées par les 2 génomes.

Génome Nucléaire :

3,2.109 nt diploïde

25,000 gènes 2,000 codant protéines mito

Génétique Mendéléene

Génome Mitochondrial :

16 569 nt 100s à 1000s copies

37 gènes 13 codant protéines mito

Génétique des Populations

Une petite histoire… Une histoire de dimensions et de génétique

TRADUCTION:

22 tRNAs + 2 rRNAs

RESPIRATION Circuit e- :

13 peptides

2 transcrits multi-cistroniques

+

DELETIONS de l’ADNmt: CPEO Neuropathies Périphériques Myopathies

DEPLETION: ADNmt < 30%

Encepha/hepato/tubulolopathies Syndrome d’Alpers

Une petite histoire… Les altérations du génome mito

11778A>G

HAPLOGROUPES MUTATIONS ponctuelles Neuropathies Optiques , Surdités, Diabètes Prédisposition à AD ou PD ou cancer

A > G MUTATIONS aléatoires

Sénescence et vieillissement

ROS

1555A>G

TRADUCTION:

22 tRNAs + 2 rRNAs

RESPIRATION Circuit e- :

13 peptides

2 transcrits multi-cistroniques

+

Une petite histoire… Les altérations du génome mito

- cyphose - perte de poids - réduction des graisses - alopécia - ostéoporose - anémia - fertilité reduite - hypertrophie cardiaque

Intégrité génome mitochondrial

Vieillissement prématuré

Polγ +/+ Polγ mut/mut

Une petite histoire… Accumulation de mutations du génome mito

DOMINANT RECESSIF MATERNEL

Une petite histoire… Hérédité des maladies mitochondriales

Uniquement en cas d’HOMOPLASMIE

Une petite histoire… L’ADNmt une transmission 100% maternelle

1000 copies

processus de maturation de l’ovocyte

10-50 copies

ADNmt boottleneck

500,000 copies

500,000 copies

Amplification ADNmt

Une petite histoire… En cas d’HETEROplasmie

50 % cerveau

70 % oeil

40 % muscle

90 % cochlée

65 % coeur

10 % sang

Une petite histoire… Variabilité de l’HETEROplasmie

- Maladies isolées ou syndromiques

- Affectant des organes avec un grand besoin énergétique sensoriels, nerfs, muscles…

- Forte variabilité de pénétrance et d’expressivité

- Transmission mendélienne ou maternelle

Une petite histoire… Présentations cliniques des mitochondriopathies

Tri-Chrome de Gomori Coloration COX + SDH Coloration SDH

Mosaïque sur Biopsie Musculaire

Respiration Mitochondriale Activité enzymatique des Complexes

Une petite histoire… Diagnostics biochimique et histologique

- Pour une transmission mendélienne ou maternelle homoplasmique:

ADN de SANG est OK pour l’analyse moléculaire

- Pour une transmission maternelle hétéroplasmique: ADN devrait être isolé d’urine ou de muscle

- Séquençage Sanger ou NGS

- Séquençage ADNmt complet -> mutations - PCR Quantitative de l’ADNmt -> déplétion - PCR Long range de l’ADNmt -> délétions

Une petite histoire… Diagnostic Génétique des Mitochondriopathies

Exemple: Génétique des Neuropathies Optiques Héréditaires

Institut Pasteur de Tunis, 19 octobre 2016

RIIP 2016

Une petite histoire… Les Cellules Ganglionnaires de la Rétine

Contrôle Patient

Paleur du disque optique

C

0

100

200

300

0 100 200 300 400 500 TEMP SUP NAS INF TEMP

0

100

200

300

0 100 200 300 400 500 TEMP SUP NAS INF TEMP

Perte des fibres optiques

A

Scotome central

Baisse de l’acuité visuelle

Une petite histoire… Les signes cliniques cardinaux des NOHs

Acuité Visuelle

0,5

10/10

3/10

1/20 âge 20 40 60 80

Normale

Glaucome

AOD

NOHL

Une petite histoire… Histoire naturelle des NOHs

AOR

OPA1

Une petite histoire… La découverte d’OPA1 en 3q28

Familles avec Atrophie Optique Dominante

80 % des Families AOD avec diagnostic sont liées à OPA1

2000

Une petite histoire… OPA1= Optic Atrophy 1

OPA1 OPA3 mtDNA

WFS1 Others

undetermined

2013

Recessive

Dominant ? ? ?

Diagnostic Génétique

Bibliographie

p.Asp411Ala

Brain, 2012

SPG7

p.Arg468Cys

Frontiers in Genetics, 2015

AFG3L2 = SCA28

MFN2

New Generation Sequencing

Puce de re-séquençage de l’ADNmt complet Puce de re-séquençage: 24 gènes nucléaires Dominants : OPA1, MFN1, MFN2, DRP1, SPG7, AFG3L2, MFF, MID49/51, OPA3, OMA1, YME1L, WFS1 … Récessifs : TMEM126A, ACO2, RTN4IP1, SLC24A46 …

Cohorte de patients NOH sans diagnostic génétique

370 ADNs analysés par la puce NOH (OPA1, OPA3, WFS1 et mt.3460, 11778 et 14484 négatifs)

16% 5%

79%

NOA Dominant NOA Récessive Négatifs

78 (21 %) positifs

Dominant ION Recessive ION SPG7 ACO2 AFG3L2 RTN4IP1 OPA1 MFN2 GENE A GENE B GENE C GENE D GENE E

ACO2 SPG7 WFS1 RTN4IP1 OPA1 TMEM126A

NOH Dominant NOH Récessive Negatif

Diagnostic Génétique

OPA1

SPG7

ACO2

AFG3L2

MFN2

WFS1

RTN4IP1

ACO2

Non-syndromique transmission: - Maternelle

or - Dominante

or - Récessive

Syndromique

Surdité Ophtalmoplégie externe

Neuropathie Périphérique Myopathie, Diabètes

Cataracte

Un symptome

Au sein D’une présentation

syndromique Sévère

OPA1, WFS1,

ND1, ND4, ND6

OPA3, DRP1, MFN2, SPG7, AFG3L2, TMEM126a, ACO2, RTN4IP1

1500 maladie mito … 50 % avec NOH

Syndrome de Behr Syndrome de Wolfram

3-MGA type III CAPOS

MOHR-Tranebjaerg

Une petite histoire… Corrélations génotypes – phénotypes des NOHs

OPA1

NOH Isolée

Syndrome de BEHR

Ataxie spino cérébelleuse

AFG3L2

Charcot Marie Tooth 2A

MFN2

Syndrome de Costeff OPA3

Paraplégie spastique

SPG7

encéphalopathie

cardiomyopathie

DRP1

Bi-allelic +

- Les génomes nucléaire et mito sont impliqués,

- Différentes mutations dans un gène peuvent induire différentes présentations cliniques

- Un même syndrome peut être généré par des mutations dans différents gènes

- Grande complexité des corrélations

génotype-phénotype

Une petite histoire… Conclusions sur la génétique des NOHs

Il est indispensable d’établir un diagnostic clinique

complet pour l’ensemble du pédigrée familial

pour

orienter les études du diagnostic génétique

Une petite histoire… Le « TAKE HOME » message

Christian HAMEL Agathe Roubertie Isabelle Meunier

Jean-Michel Rozet Josseline Kaplan

Patrick Yu-Wai-Man

Valerio Carelli Bernd Wissinger Hamid Barakat

Pascal Reynier Domique Bonneau Vincent Procaccio

Patrizia Amati-Bonneau

Christophe Verny Stéphanie Leruez

Arnaud Chevrolier Marc Ferré

Majida Charif Céline Bris

David Goudenège Naig Gueguen

Valérie Desquiret

Remerciements

Les familles

Une petite histoire… Merci pour votre attention

Guy LENAERS