Bases Moléculaires des Pathologies Mitochondriales Héréditaires Guy LENAERS Institut Pasteur de Tunis, 19 octobre 2016 RIIP 2016
Apr 15, 2017
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