Génétique de l’autisme

Marion Leboyerleboyer@im3.inserm.fr

Département Hospitalo-Universitaire de Psychiatrie Groupe Hospitalier Chenevier-Mondor

CHU Créteil, Université PARIS XII

Et

Equipe de Psychiatrie GénétiqueINSERM U-513

ALBERT CHENEVIER

Psychiatrie Génétique

INSERM U 513

TROUBLES BIPOLAIRESFrank Bellivier , PHU

Bruno Etain, poste accueil INSERM

SUICIDE Frank Bellivier,

PHU Frédéric Slama, PH

AUTISMENadia Chabane, PH

Pauline Chaste, thèse

SCHIZOPHRENIEFrank Schurhoff, PH

Alexandre Méary, AHUAndréi Szoke, PA

Trouble OBSESSIONNEL-COMPULSIFRichard Delorme, thèse

TEMOINSIsabelle Roy, PH

AXES TRANSVERSAUX

Psychiatrie Génétique

INSERM U 513

EPIDEMIOLOGIE GENETIQUEFlavie Mathieu, ITA INSERM

BANQUE DE DONNEES

Rémy Druckert, CR1

Alain Philippe, ITA

BIOLOGIE MOLECULAIREStéphane Jamain, CR2

Fabien Chevallier, technicien, CDDJasmine Deshommes, technicien, CDD

NEURO-PSYCHOLOGIEAndréi Szoke, PAPsychologues :

Damien Fouques,Aurélie Raust,

Amandine Mondoloni,

PHARMACO-GENETIQUEAlexandre Méary, AHU

PSYCHIATRIEGENETIQUE

CRETEIL

LABORATOIRE GENETIQUE HUMAINE ET FONCTIONS COGNITIVES Pr Thomas BOURGERON (Institut PASTEUR, Paris)

SERVICES DE PSYCHIATRIEParis (Pr MC MOUREN-SIMEONI)Bordeaux (Dr Ch HENRY)Clermont-Ferrand (Pr P-M LLORCA)Nancy (Pr JP KAHN)Montpellier (Dr Ph COURTET)

RESEAU INSERM en PSYCHIATRIE GENETIQUE

PLATEFORME DE PSYCHIATRIE GENETIQUE

ATC INSERMPHARMACO-GENETIQUE DES PYCHOTROPES

INSERM U 513, « NEUROBIOLOGIE ET PSYCHIATRIE »Bruno GIROS

Centre National de Génotypage, Evry

PSYCHIATRIEGENETIQUE

Inserm U-513

TROUBLES BIPOLAIRES National : Créteil, Paris, Bordeaux, Nancy, Montpellier International : « Early onset Bipolar sib-pair study » (Allemagne, Angleterre, Italie, Roumanie, Slovénie, Suisse)

SUICIDE Paris, Montpellier, Genève

AUTISME« P.A.R.I.S. » International Autism Sib-pair StudySweden, Norway, Italy, Belgium, Israel, Austria, USA

SCHIZOPHRENIECréteil, Clermont-Ferrand, MarseilleOttawa, CANADA

TROUBLE OBSESSIONNEL-COMPULSIFParis, Créteil, Bonn (Allemagne) Harvard (USA)

PHARMACO-GENETIQUECréteil, Paris, Lille, Clermont, Rouen, Besançon

Collaborations Nationales et Internationales

Objectifs et Stratégies de Recherche

Constitution des cohortes et

Création des banques de données cliniques, de lignées cellulaires et d’ADN

GENOTYPES

Etudes d’associationEtude de sibs-pairs

PHENOTYPES

Symptômes candidatsEndophénotypes

POUR ETUDIER

1

2 3

1. Constitution des cohortes

Proposants Trios Sibs-Pairs et apparentés

Maladie maniaco-dépressive 822 51 94Schizophrénie 262 35

Suicidants 962Trouble obsessionnel-compulsif 140 40Autisme 500 299 95Témoins « hypernormaux » 150

Au total, une banque > 3500 sujets

Génotypes

Etudes de liaison

Caryotype

?

Recherche de mutations

Etudes d’association

Test de déséquilibre de transmission

Cas Témoins

Gènes candidats

2

3. Stratégies Phénotypiques :Nouvelles approches

Chez les patients

« Symptômes candidats »Composants du phénotype ayant une bonne validité génétique

• ressemblance intra-familiale• formes cliniques homogènes• Haut risque familial• mode de transmission génétique• associé à des gènes candidats

Chez les apparentés non-atteints

« Endophénotypes »Mesure biologique, électrophysiologique ou cognitive permettant l ’identification d’une vulnérabilité génétique chez les apparentés non-atteints

• agrégation familiale• mode de transmission génétique• associée à un gène candidat

Leboyer et al, Trends in Neurosciences, 1998Leboyer, Bellivier Methods in Mol Psychiatry, 2003

Génétique et Psychiatrie

Résultats ?

Autisme

Maladie Maniaco-Dépressive

L’autisme et le syndrome d’Asperger

UNE TRIADE : 1. Absence ou Anomalie des interactions sociales2. Absence ou anomalie du langage 3. Comportements et intérêts restreints, répétitifs et stéréotypés

FREQUENTE :Autisme : 1 pour 1000Asperger : 3.6 pour 1000

COMORBIDITE : 75 % de retard mental30 % épilepsie25 % maladies génétiques associées

Genetique de l’autisme

Prévalence Risque DZ MZ fratrie

Autisme 1/1000 4.5 % 0-6 % 60-90 %

Héritabilité > 90 %

Poids de l’agrégation familiale

Population Générale : 0,1% Récurrence: 4,5% Risque: X 45

1000

50

20

10

5

2

Myopathie de DuchenneHuntington

Autisme

Crown

Schizophrénie, trouble bipolairePsoriasisDiabète (NIDDM)AsthmeHypertension

Génétique de l’autisme

Autisme : la plus génétique des maladies psychiatrique

Transmission Non Mendélienne :

Une maladie génétique complexe

Interaction de plusieurs gènes (3 à 15 ?)

Hétérogénéité Génétique

Difficultés pour identifier les facteurs de susceptibilité génétique?

1. Hétérogénéité clinique, étiologique et génétiqueEx:Association avec des maladies génétiques

spécifiques (15 %) X fragile, Syndrome de Rett , Bourneville etc…

2. Pas de définition valide du phénotype• Autisme ?

• « Spectre de l’autisme  » ? Asperger, phobie sociale, troubles du language

• Anomalies Socio-cognitive ? 3. Mode de transmission génétique inconnu ?

Identification des gènes de susceptibilité : stratégies

Etudes de Sib-pair

Transmission desequilibrium test

Etudes d’association(gènes candidats)

Cas / témoins

Caryotype

?

Paris Autism Research International Sibpair studyP.A.R.I.S.1992-2005

• Coordinateurs: Pr Marion Leboyer (France) et Pr Christopher Gillberg

(Sweden)• Pays participant:

Autriche, Belgique, France, Israël, Italie, Norvège, Suède, USA

•Critères d’ Inclusion : . DSM-IV

. ADI-R (Autism Diagnostic Interview)

• Critères d’exclusion :Retard mental profondAutisme Secondaire (bilan métabolique, caryotype, recherche X fragile

imagerie cérébrale)

Paris Autism Research International Sibpair study (PARIS)

Pays

France

Sweden

Israël

USA

Norway

Italy

Austria

Belgium

Total

Sib pairs

28

29

16

7

6

4

2

2

95

Trios

193

48

33

13

12

--

--

--

299

Etude collaborative internationale

Resultats du génome scan (consortium PARIS)

Identification de 11 régions candidates

• 264 marqueurs• 51 familles de sibs• 206 sujets • 54 384 génotypes

Philippe et al, Hum Mol. Genet, 1999

DS283 : bipoint analysis, MLS = 2.23, P = 0.013

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,4

D6

S1

60

0

D6

S4

70

D6

S2

60

D6

S1

66

3

D6

S2

91

D6

S2

82

D6

S2

94

D6

S2

86

D6

S2

83

D6

S2

61

D6

S2

62

D6

S3

06

D6

S4

42

D6

S1

59

9

D6

S4

46

Chromosome 6

Chromosome 6q21 et autisme

51 familles avec 2 atteints par fratrie

Etude de Gènes Candidats

GRIK2 gene(Glutamate Ionotropic

Kainate Receptor 2)

Région 6q16-q21GRIK2 gene(Glutamate Ionotropic Kainate Receptor 2)

Chromosome 6

6p24

6p23

6p21

6q21

6q16

GRIK2

schizophrénieautisme

bipolairedyslexie

Bah et al, 2004 Jamain et al. Mol Psychiatry, 2002

P = 0,0005

GRIK2

59 familles, Lod score = 3.28 p=0.0005

Predisposition Masculine à l’autisme

“Le coin du puzzle”

Syndrome d’Asperger : 8 garçon / 1 fille

Autisme : 4 garçons / 1 fille

Personnes autistes sans traits dysmorphiquesEt avec une imagerie normale : 23 garçons / 1 fille

?

2. Gène Candidat

chromosome X et autisme

Chromosome X

Deletions schizophrénieMilunsky et al., 1999

Délétions autisme Thomas et al., 1999

X fragile (FMR1) Syndrome de Rett (MeCP2)

DXY S 2 33 DXY S 2 07 CA- SHO X DXY S 2 34 DXY S 2 32 XDXY S 2 01 DXY S 2 28 XDXS 709 9 DXS 710 7 DXS 809 5 DXS 106 0 DXS 810 5 DXS 996 DXS 128 3 DXS 122 3 DXS 747 0 KAL e xo n 9 DXS 710 3 DXS 805 1 DXS 710 8 DXS 85 DXS 104 3 DXS 710 4 DXS 710 9 DXS 122 4

SS

CDPX

STS

KAL

MLS

NLGN4 Philippe et al., 1999MLS = 0,89P = 0,0210

NEUROLIGINES : de bons gènes candidats ?

Protéines d’adhésion Cellulaires

• Largement exprimées dans le cerveau

• Stimulent la differentiation pré-synaptique

• Coordonnent taille et position des éléments pré et post synaptique

• Assurent leur cohésion mécanique

La neuroligine-1 (vert) exprimée à la surface d’une cellule rénale induit la différenciation présynaptique dans les axones en contact (rouge).

Neuroligine : un facteur crucial dans la synaptogènese

Dean et al. Nat Neurosci, 2003

cellule non neuronale

neurone

Neuroligin

CASK

Mint

Velis

Bassoon

V̌ siculesynaptique

PRA1

Piccolo

Neurexin Canal calcique

Scheiffele et al. Cell, 2000

Localisation et interaction des neuroligines à la synapse

Les cinq gènes des NEUROLIGINES (NLGN) :localisés dans les régions candidates pour l’autisme

Chromosome 3 Chromosome 17 Chromosome X Chromosome Y

Thomas et al., 1999Philippe et al., 1999MLS = 0,89

Auranen et al., 2002MLS = 2,75Shao et al., 2002MLS = 2,54

Tentler et al., 2002t(13;17)(q14;p13)

Anneren et al., 1995t(17;19)(p13;p11)

Auranen et al., 2002MLS = 4,21

NLGN4Y

NLGN4

NLGN3NLGN2

NLGN1

Une mutation du gène NLGN4 dans l’autisme

ACG CCC AAC GAC TTT TGA CTT CTC CGT GTC T P N D F Stop

T P N D F D T L RACG CCC AAC GAC TTT GAC TTC TCC GTGControl HNL4

Mutant HNL4

396

HNL4 D396Stop

200 témoins : pas de mutation

Ins Thymidine

C

P

I

II

III

ControlMutant

De novo mutation

Jamain et al, Nature Genetics, 2003

mutation NLGN4

wt HNL4

Soluble HNL4?

NH2

TM COOH

mutant HNL4396

816

COOHNH2

[508025 nt]HNL4

(Xp22.31)

Ins T nt1186 D396Stop

Mutation ponctuelle du gène NLGN3 dans l’ autisme

C

P

R R/C K

R451C

C/T mutation Cys en Arginine 451

NLGN4

NLGN3

Laumonnier et al. Am J Hum Genet, 2004

Conséquences fonctionnelles des mutations NLGN

NLGN3 (mutation ponctuelle) Perte de l’activité de stimulation de la

différentiation des synapses Rétention Intra-cellulaire de la protéine

mutante (dans le reticulum endoplasmique)

Diminution de l’activité de liaison à la neurexin

NLGN4 (mutation : codon stop)UNE INACTIVATION FONCTIONNELLE COMPLETE

• Perte de l’activité de stimulation de la différentiation des synapses

• absence de localisation de la protéine à la surface de la cellule

Chih et al, Hum Mol Genetics, 2004Cosmoletti et al, J Neurosci, 2004

Mutations NLGNs :- Associées à l’ autisme - Induisent un phénotype cellulaire responsable

de la perte de l’activité de stimulation de la différentiation pré-synaptique

Une preuve directe de l’association de l’autisme à des anomalies de la circuitrie neuronale

Questions ? Fréquence des mutations des neuroligines (NLGN1,2,3,4,5)

dans l’autisme et le sd d’Asperger ? Quel est le phénotype associé aux mutations Neuroligines ?

Autisme, Asperger, retard mental? les NLGNs sont-elles impliquées dans d’autres maladies ?

Conclusions préliminaires

R451C N796S D396XT612A

Les variations dans les NLGN chez les individus autistes

NLGN1 (3q26)

NLGN3 (Xq13) NLGN4 (Xp22)

R717H

absente chez 90 contrôles

G737R

absente chez 90 contrôles

A738V4 / 94 familles autistes

7 / 90 familles contrôles

absente chez 200 contrôles absente chez 200 contrôles absente chez 350 contrôles

NLGN2 (17p13)

aucun changement d’acide aminé détecté chez 90

individus autistes

aucun changement

d’acide aminé détecté chez les

individus autistes

NLGN4Y(Yq11)

HypothèseL’autisme serait du à une altération de la

formation des synapses créantune sélection anormalede groupes de neurones

Autisme ?

Molécules d’adhésion

cellulaire

Connections anormales ?

Identification des mécanismes moléculaires impliqués dans l’autisme

mutations fonctionnelles

mutations associée à l’autisme

protéines impliquées dans les retards mentaux

Autisme Autisme ? Autisme ?

Autisme ?

Autisme ?

Autisme ?Autisme ?

Autisme

2. Gène Candidat :Des résultats négatifs …

• Chromosome 7 (7q22) : Reelin gene

Krebs et al, Molecular Psychiatry, 2002

• Chromosome 17 (17 q12)Serotonin transporter gene

Betancur et al, 2002, Molecular Psychiatry

• Chromosome Y : Haplogroupe Y

Jamain et al., Mol Psychiatry 2002

Caryotype à haute résolution

Chez les apparentés non malades “ Endophénotypes ”Marqueurs Biologique/cognitif/Electrophysiologique d’une vulnérabilité génétique sous-jacente

• plus fréquent chez les apparentés• indépendant de l’état• stable• mode de transmission génétique• associé à des gènes candidats

ex : marqueurs cognitifs

Chez les patients“Symptômes candidats”

Composants du phénotypequi ont une bonne validité génétique

• ressemblance intra-familiale• identifient formes cliniques • augmente le risque familial

• mode de transmissiongénétique• associé à des gènes candidats

ex : trouble du langage

4. Nouvelles approches phénotypiques

Leboyer et coll., Trends in Neurosciences 1998

Phénotype langage des parents connus Phénotype langage des parents inconnus

Corrélations génotype/phénotype :chromosome 7q et langage ?

1. Troubles de la communication

2. Déficits sociaux

3. Comportements

stéréotypés et

répétitifs

Cliniques Cognitifs

Retard de langage Asymétrie hémisphérique

Retard lecture (Leboyer et coll., 1995) et écriture

Synd Asperger Anomalies socio-cognitivesPhobie social e (Plumet et coll.,

1999)

Personalité schizoïde

Intérêts restreints Fxns exécutives anormales

obsessions / compulsions (Hughes et coll.,1997)

Génétique de l’autisme :Nouvelles définitions phénotypiques ?

Autisme Endophénotypes ?

Remerciements

• Thomas Bourgeron

• Stéphane Jamain

• Christopher Gillberg

• Henrik Ankarsâter

• Catalina Betancur

• Bruno Giros

Génétique humaine et fonctions cognitives

AP-HP, Fondation France Télécom, Fondation pour la Recherche Médicale

Nadia Chabane

Marie-Christine Mouren- Siméoni

HOPITAL ROBERT DEBRÉ

Consultation Autismeet Centre Investigation Clinique