Introduction à la génétique humaine

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1 Introduction à la génétique humaine Antoine Duquette, MD, MSc, FRCP(C) Professeur adjoint de clinique Département de neurosciences, Faculté de médecine Universtié de Montréal

2 Plan Histoire de la génétique Mendel Morgan Watson et Crick Séquençage Ère post-génome Maladies génétiques humaines Transmission mendélienne Exceptions à la transmission mendélienne Exemples d application en génétique clinique Description d un effet fondateur canadien-français pour l ataxie avec apraxie oculomotrice de type 2 (AOA2) Utilisation du séquençage à haut débit en génétique clinique Identification de nouvelles mutations Grandes cohortes de maladies sporadiques

3 Histoire de la génétique

4 Histoire pré-mendélienne Pythagore ( av. J.-C.): théorie du spermisme Hippocrates ( av. J.-C.): théorie de la pangenèse Domine la pensée occidentale jusqu au XIXe siècle Aristote ( av. J.-C.): théorie de l épigenèse Galien ( ): rapporte que les romains font des croisements d animaux et de plantes sélectionnées Médecine traditionnelle indienne ayurveda (300): 4 facteurs déterminant les caractéristiques d un enfant Matériel reproductif de la mère Sperme du père Diète de la mère pendant la grossesse Âme entrant dans le fœtus Aboulcassis ( ): identifie le caractère héréditaire de l hémophilie Aristote

5 Histoire pré-mendélienne Juda Halevi ( ): décrit les transmissions autosomiques dominantes et autosomiques récessives dans le Kuzari William Harvey ( ): ex ovo omnia 1677: découverte des spermatozoïdes par Antoni van Leeuwenhoek René-Antoine de Réaumur ( ): évoque la présence de molécules biologiques dans la substance séminale des parents qui sont reconfigurés après leurs fusions et mène à la transmission des traits aux enfants Augustin Sageret ( ): identifie certains traits comme dominants chez certaines plantes René-Antoine de Réaumur

6 Gregor Mendel ( ) Moine augustin né en Moravie (République tchèque) Intrigué par le mécanisme qui amenait certaines plantes à développer des caractéristiques atypiques Méthode Expérience initiale: installa une variante atypique d une plante ornementale juste à côté d une variante typique afin d étudier le rôle de l environnement (théorie de Lamarck) Expérimentation 1 an de mise en place pour obtenir des lignées non-hybrides (truebreeding) avec caractéristiques constantes Gregor Mendel Protection des fleurs contre le pollen extérieur Analyse Au terme de ses expériences, Mendel avait étudié plantes Prédictions probabilistiques et quantitatives sur les résultats attendus

7 Gregor Mendel et le Pisum sativum Choix du Pisum sativum Culture facile Génération subséquente nombreuse Auto-fertilisation et pollinisation croisée Plusieurs éléments variables (sept traits étudiés) Forme (rond ou plissé) Couleur du pois (jaune ou vert) Couleur de la graine (grise ou blanche) Forme de la cosse mûre (gonflée ou constrictée) Couleur de la cosse (verte ou jaune) Position de la fleur (axiale ou terminale) Longeur de la tige (longue ou courte)

8 1. Loi de disjonction des allèles (law of segregation)

9 2. Ségrégation indépendante des caractères héréditaires multiples (law of independent assortment) Lors de la transmission de deux caractéristiques ou plus, les facteurs héréditaires se réassortissent indépendamment durant la production des gamètes

10 3. Loi d uniformité des hybrides de première génération (law of dominance) Le croisement de deux races pures distinctes par un seul caractère génère des descendants identiques (trait dominant) à la première génération

11 Divergences avec les lois de Mendel Loci avec plus de deux allèles (ABO, HLA) Codominance: deux allèles peuvent être exprimées Dominance incomplète: deux copies d un gène dominant produisent un effet plus prononcé qu une seule copie Codominance Dominance incomplète

12 Charles Darwin ( ) Premier à reconnaître que l évolution dépend d une variabilité transmissible chez une espèce pour générer des différences entre une population ancestrale et une population qui en descend Résistance à la théorie de la sélection naturelle durant la vie de Darwin Manque de preuves directes de sélection naturelle Absence de mécanisme de transmission Darwin a obtenu expérimentalement des résultats compatibles avec un ratio mendélien mais n en a pas compris la signification car n avait pas développé de modèle d hérédité Darwin se rangeait dans le camp de la pangenèse (incluant une transmission de traits acquis durant la vie épigénétique avant l heure?) À compter des années 1920, le rôle de l hérédité mendélienne dans l évolution devient clair Charles Darwin

13 Génétique moléculaire 1900: Redécouverte indépendante des lois de l hérédité par Hugo de Vries, Carl Correns, Erich von Tschermak qui retrouvent tous confirmation de leurs travaux dans l article de Mendel 1902: Theodor Boveri et Walter Sutton proposent que les facteurs héréditaires responsables des lois mendéliennes sont portés par les chromosomes Sutton décrit la réduction du nombre de chromosomes dans les gamètes 1905: Description indépendante de la détermination du sexe par les chromosomes sexuels par Nettie Stevens et Edmund Wilson 1908: Archibald Garrod propose que des anomalies génétiques peuvent causes des maladies héréditaires (inborn errors of metabolism) 1909: introduction des termes gène comme unité de l hérédité, génotype et phénotype par Wilhelm Johannsen Archibald Garrod

14 Thomas Hunt Morgan ( ) Fondateur de la génétique expérimentale Prix Nobel de physiologie ou médecine en 1933 Choix de la Drosophila melanogaster Faciles à élever en laboratoire à faible coût Cycle de génération court (10-20 jours) Grande productivité (500 oeufs par femelle) Chromosomes géants dans les glandes salivaires Inconnu lors de la sélection par Morgan Absence de recombinaison chez les mâles Outils puissants pour la manipulation génétique 60% des gènes associés à des maladies ont un homologue chez la Drosophile T.H. Morgan

15 Morgan: Facteurs liés au sexe et théorie chromosomale de l hérédité (1910) u Identification par Morgan d une mouche mâle avec les yeux blancs u Croisement du mâle avec femelles aux yeux rouges u u F1: 1237 mouches aux yeux rouges, 3 mâles aux yeux blancs u F2: 2459 femelles aux yeux rouges, 1011 mâles aux yeux rouges et 782 mâles aux yeux blancs Concept des paires de chromosomes XX chez les femelles et XY chez les mâles était connu u u Morgan a associé le facteur responsible de la couleur des yeux au chromosome X Morgan identifiera deux douzaines de mutations supplémentaires entre 1911 et 1914

16 Morgan: liaison génétique et recombinaison (1911) Morgan observe que les phénotypes parentaux pour certains traits sont retrouvés de façon disproportionnée dans la génération fille Morgan note que certains traits liés se séparent à l occasion Note également que certains traits sur le même chromosome ne sont jamais liés Propose Échange d information génétique entre deux chromosomes pairés Fréquence de recombinaison est liée à la distance entre les gènes sur un même chromosome Échange d information génétique brise la liaison entre les gènes

17 Première carte génétique (1913) Sturtevant comprend que si la fréquence de recombinaison est liée à la distance, c est possible de placer physiquement les gènes sur un chromosome La proportion de crossovers est utilisée comme mesure de distance entre deux facteurs Source: online.science.psu.edu

18 Première carte génétique (1913) Sturtevant a assigné chaque gène à une position linéaire en fonction de la fréquence de recombinaison Distance entre deux gènes: nombre de gamètes recombinants divisé par nombre total de gamètes 1 unité = 1% de recombinaison = 1 centimorgan (cm) Carte de liaison Source: online.science.psu.edu

19 Morgan: Mécanismes de l hérédité mendélienne (1915) Paires distinctes de facteurs (Morgan les appellera bientôt des gènes) localisés sur les chromosomes portent l information héréditaire. Ces facteurs ségrègent dans les cellules germinales et se combinent durant la reproduction. Certaines caractéristiques sont liées au sexe parce qu elles sont sur le chromosome qui détermine le sexe D autres caractéristiques sont parfois associées parce que, alors que les paires de chromosomes se séparent during le développement des cellules germinales, les gènes à proximité les uns des autres tendent à rester ensemble. Parfois, comme conséquence de la reproduction, le lien entre les gènes est brisé et permet une nouvelle combinaison de traits. La probabilité de crossover est liée à la distance entre les gènes.

20 Génétique moléculaire 1927: Muller parvient à induire des mutations chez la Drosophile à l aide de radiations ionisantes suggérant que les gènes sont des unités moléculaires infdividuelles 1941: George Beadle et Edward Tatum démontrent comment les gènes dirigent la synthèse d enzymes qui contrôlent les processus métaboliques

21 Identification de l ADN comme vecteur de l hérédité (1944) 1928: Frederick Griffith montre que le pneumocoque peut être transformé par un échange d information 1944:Oswald Avery, Colin MacLeod et Maclyn McCarty identifient l ADN comme facteur de transformation des bactéries

22 Identification de la structure de l ADN (1953) 1950: Chargaff découvre que la proportion des bases d ADN sont constantes d une espèce à l autre (adenine=thymine, guanine=cytosine) Concept d un arrangement en hélice évoqué Crick et Watson sont intéressés à étudier l ADN car ils soupçonnent son importance fondamentale Construisent des modèles 3D pendant 2 ans Contribution significative des résultats de crystallographie de Maurice Wilkins et Rosalind Franklin Watson réalise que les paires AT et GC ont des formes identiques si reliées par des liens hydrogène Cette molécule avec brins complémentaires pourrait Avoir une séquence variée Être copiée si les brins sont séparés the specific pairing we have postulated immediately suggests a possible copying mechanism for the genetic material James Watson Francis Crick

23 Cold Spring Harbor 2009

24 Crick: On Protein Synthesis (1957) Hypothèse de la séquence (Sequence Hypothesis) Ordre des bases code pour la séquence d acides aminés d une protéine spécifique Chaque mot du code appelle un acide aminé spécifique Pour obtenir 20 acides aminés à partir de 4 bases, Crick prédit que le code le plus simple impliquerait des triplets Dogme central de la biologie moléculaire (Central Dogma) Information est transmise de l ADN à l ARN aux protéines mais ne peut être transmise des protéines à l ADN

25 Génétique moléculaire 1956: Arthur Kornberg crystallise l ADN polymerase 1960: Sydney Brenner, Francis Crick, François Jacob et Jacques Monod découvrent l ARN messager 1961: Marshall Nirenberg décode le code génétique Dans un système in vitro sans cellule (cell-free), incubation d une séquence d ARN constituée exclusivement d uracil a généré une longue chaîne de phenylalanine Nirenberg déchifrera plus de 60 codons avant : Découverte des enzymes de restriction par Hamilton Smith 1972: Création par Paul Berg de la première molécule d ADN recombinante 1973: Herbert Boyer et Stanley Cohen montrent que des molécules d ADN peuvent être clonées dans des cellules

26 Séquençage de l ADN (1977) Méthode de Gilbert-Maxam (chemical sequencing) Segment d ADN amplifié par des bactéries Réactifs clivent l ADN sélectivement aux bases A, T, G et C Électrophorèse sur gel donne la taille des fragments clivés aux bases spécifiques Désavantages: complexe techniquement, réactifs toxiques Méthode de Sanger (chain termination) Copie complémentaire synthétisée à partir d ADN simple brin Mélange séparé en 4 parties contenant chacune une forme dideoxy des bases interrompant l amplification Électrophorèse sur gel donne la taille des fragments pour une base dideoxy donnée Méthode éventuellement adaptée au séquençage avec bases fluorescentes et séquençage automatisé (1986) Dye-terminator Sanger sequencing

27 Analyse de liaison génétique 1978: Identification des RFLP dans le génome noncodant par Botstein 1983: Liaison génétique de la maladie de Huntington à un marqueur polymorphique localisé sur le chromosome 4 par James Gusella 1983: Invetion du PCR par Kary Mullis 1989: Identification de CFTR comme le premier gène causant une maladie (fribrose kystique) par Francis Collins et Lap-Chee Tsui 1989: Description des marqueurs polymorphiques de type microsatellites par Weber et May

28 Marqueurs génétiques polymorphiques Séquences d ADN avec localisation chromosomique connue Plusieurs types Restriction fragment length polymorphism (RFLP) Désavantages: peu nombreux, dialléliques, techniquement plus complexe Microsatellites Avantages Plus nombreux Hétérozygosité élevée Multi-alléliques Techniquement simple Permet évaluation du génome à une résolution d environ 10 cm Single nucleotide polymorphism (SNP) Avantages Marqueurs les plus nombreux Facile et économique pour scan du génome à haute résolution Désavantage: diallélique

29 Génotypage par analyse de marqueurs microsatellites: principe

30 Génétique moléculaire 1989: Lander et Botstein décrivent la méthode de cartographie par intervalle pour les loci de traits quantitatifs (QTL) 1990: Lancement officiel du projet du génome humain Prévoyait fin en 2005 au cout de 3 milliards de dollars 1990: Premier essai réussi pour la thérapie génique 1991: J. Craig Venter décrit une approche de découverte rapide des gènes par les EST (expressed sequence tags) 1992: Description de l hybridation génomique comparative (CGH) par Daniel Pinkel 1995: Séquençage complet du génome d un organisme (H. influenzae) en utilisant l approche shotgun par J. Craig Venter J. Craig Venter

31 Approches des séquençage

32 Génétique moléculaire 1998: Séquençage complet d un animal multicellulaire (C. elegans) 2000: Séquençage complet du génome humain 2003: Projet du génome humain complété 2 ans d avance 2,7 milliards de dollars 2005: Première grande étude d association (GWAS) réussie dans la dégénérescence maculaire

33 Séquençage à haut débit (2005) Source: Illumina

34 Impact du séquençage à haut débit sur coûts et production Source: Illumina

35 Limites du séquençage à haut débit Taux d erreurs plus élevés que le séquençage de type Sanger Longueur de lecture ( pb) est plus courte que le séquençage de type Sanger ( pb) Capacité limitée à étudier les régions répétées (incluant les expansions de nucléotides) Difficulté à séquencer un génome de novo Grosses ressources nécessaires pour trier l énorme quantité de résultats produits Muona et al. Nat Genet 2014.

36 Génome humain: ADN codant 3 milliards de paires de bases gènes 0,2% de différence entre les humains 98% d identité avec les chimpanzés Maladies héréditaires (OMIM au 15 septembre 2015) 5569 phénotypes pour lesquels la cause moléculaire est connue 3443 gènes dans lesquels une mutation est associée à un phénotype

37 Nombre total de mutations décrites chez l humain Source: HGMD (septembre 2015)

38 ADN non-codant: majorité silencieuse? 97% du génome humain ne code pas pour des protéines, ARN fonctionnels ou séquences de régulation ENCODE (Encyclopedia of DNA Elements) Vise à identifier tous les éléments fonctionnels de la séquence du génome humain 80% du génome aurait une fonction biochimique Interaction ADN-protéine Modification des histones Méthylation de l ADN Interaction des chromosomes

39 Maladies génétiques humaines

40 Types de variantes: variantes ponctuelles Single nucleotide polymorphism (SNP) Codant non-synonyme Faux-sens (missense): remplace un acide aminé par un autre Non-sens (nonsense): introduction d un codon stop Altération du cadre de lecture (frame shift) Insertion Délétion Codant synonyme Intronique; site d épissage (splice site) ARNm UTR, 5 UTR ou 3 UTR À proximité d un gène (2000 pb) Extragénique Mutation à un site d épissage

41 Types de variantes: réarrangements structuraux Variabilité de nombre de copies (CNV) Toucherait environ 13% du génome 0,4% de variabilité entre humains non-apparentés Taille 1 kb à plusieurs Mb Plutôt stable entre générations mais peut se produire de novo Gain de copie Perte de copie Duplication Délétions Insertion Inversion Translocation Variabilité du nombre de copies

42 Symboles utilisés pour représenter des arbres généalogiques Source: Van den Veyver et al. Glob. libr. women s med. 2008

43 Hérédité mendélienne: autosomique dominante Se manifeste dans l état hétérozygote Individu affecté à chaque génération Risque de transmission de 50% à la génération suivante Hommes et femmes ont un risque équivalent d être affectés Transmission père-fils suggère une maladie à transmission autosomique dominante Nouvelle mutation peut apparaître et avoir l air sporadique Risque plus élevé dans les cellules germinales paternelles (augmente avec l âge paternel) 50% des cas de neurofibromatose de type 1 80% des cas d achondroplasie Maladie est dite semi-dominante si l état homozygote cause un phénotype plus sévère Neurofibromatose de type 1 Source: Van den Veyver et al. Glob. libr. women s med. 2008

44 Concepts associés Pénétrance Proportion d individus hétérozygotes qui ont des manifestations de la maladie Complète ou incomplète Expressivité variable Variabilité du phénotype chez des porteurs d une même mutation Causes Facteurs environnementaux Modificateurs génétiques à d autres loci

45 Mécanismes moléculaires des mutations dominantes Haploinsuffisance Une copie du gène normal ne peut compenser pour la copie mutée Dominant négatif Allèle mutant inhibe directement la protéine normale ou une autre protéine nécessaire pour la fonction normale de la protéine Gain de fonction Apparition d une nouvelle fonction ou d une augmentation de la fonction de la protéine mutée (peut être toxique)

46 Hérédité mendélienne: autosomique récessive Se manifeste seulement lorsque les deux allèles sont mutés (homozygote) Hommes et femmes sont affectés également Risque d être atteint pour les enfants de parents hétérozygotes est de 25% Risque d être porteur est de 50% Histoire de cosanguinité doit évoquer la possibilité d une transmission autosomique récessive Mécanisme moléculaire: perte de fonction Source: Van den Veyver et al. Glob. libr. women s med. 2008

47 Hérédité mendélienne: lié à l X dominant Absence de transmission père-fils Femme atteinte a un risque de 50% de transmettre la maladie à ses garçons ou filles Homme hémizygote transmet la maladie à toutes ses filles mais aucun garçon Forme léthale pour les garçons possible Hommes généralement plus atteints que femmes Lié à l X récessif possible Femmes porteuses ne sont pas ou faiblement atteintes Hommes hémizygotes plus atteints Exemples: dystrophie musculaire de Duchenne, hémophilie A Source: Van den Veyver et al. Glob. libr. women s med. 2008

48 Inactivation du chromosome X Inactivation d un chromosome X dans toutes les cellules somatiques chez la femme X inactivé peut être observé (corps de Barr) Sélection aléatoire mais le même X restera inactivé dans toutes les cellules filles Inactivation de la copie normale peut amener une femme à exprimer des symptômes associés à une maladie X récessive Certains gènes échappent à l inactivation L extrémité de chaque bras du chromosome X a une région pseudoautosomique

49 Mutations somatiques Des mutations se produisent à chaque cycle de division cellulaire et de réplication de l ADN La plupart sont réparées par les mécanismes de réparation de l ADN Mutations qui échappent à la réparation persistent dans les cellules en division

50 Exceptions au modèle mendélien: mutations dynamiques Anticipation: phénomène par lequel un phénotype devient plus sévère et plus précoce avec les générations Souvent associé à une mutation de type expansion de nucléotides Une répétition dans la zone intermédiaire n est pas associée à la maladie mais peut être susceptible de prendre de l expansion (biais parental) Transmission maternelle: syndrome du X- fragile, dystrophie myotonique, ataxie de Friedreich Transmission paternelle: Huntington, ataxie spinocérébelleuse autosomiques dominantes (SCA) Source: ghr.nlm.nih.gov

51 Exceptions au modèle mendélien: imprinting Le sexe du parent qui transmet la maladie peut jouer un rôle dans l apparition du phénotype chez son enfant Imprinting paternel Maladie ne s exprime que si l allèle muté vient de la mère Imprinting maternel Maladie ne s exprime que si l allèle muté vient du père Mécanisme: modification par les histones, méthylation de résidus cytosine dans des régions régulatrices Maladies d imprinting Prader-Willi: délétion 15q11-13 chromosome paternel Angelman: délétion 15q11-13 chromosome maternel Syndrome de Prader-Willi Syndrome d Angelman Source: Van den Veyver et al. Glob. libr. women s med. 2008

52 Exceptions au modèle mendélien: contrôle de l expression par méthylation de l ADN Méthylation aux bases cytosine de l ADN des eukaryotes Rôle précis dans la régulation de l expression génique encore mal compris Patron de méthylation de l ADN semble relativement stable dans les cellules somatiques Méthylation des histones est plus variable Patrons de méthylation pourraient jouer un rôle dans le cancer

53 Exceptions au modèle mendélien: transmission mitochondriale Chaque cellule contient mitochondries Chaque mitochondrie contient 2-10 copies d une molécule d ADN 37 gènes codant pour protéines de la chaîne oxydative, ARNt, ARNr 99,99% de l ADN mitochondrial est hérité de la mère Maladies mitochondriales Transmission mendélienne pour gènes encodés dans le génome nucléaire Transmission maternelle pour gènes encodés dans le génome mitochondrial Mère transmet la maladie à 100% des enfants Père atteint ne transmet jamais la maladie Homoplasmie: toutes les mitochondries ont le même génome (semble rare) Hétéroplasmie: présence de plus d un génome dans la mitochondrie Peut expliquer variabilité du phénotype dans une famille Phénotypes sont souvent complexes avec atteinte neuromusculaire et oculaire Mutations somatiques pourraient être associées au vieillissement

54 Exceptions au modèle mendélien: traits polygéniques Traits influencés par l effet combiné de plusieurs gènes Plusieurs loci peuvent être associés à un seul trait Varient selon un gradient continu Exemples Taille Couleur de la peau Couleur des cheveux Couleur des yeux Scan du génome pour ostéoporose

55 Exceptions au modèle mendélien: mosaïque Deux types de cellules sont dérivées d une seule cellule oeuf (zygote) Mutation à un stade très précoce de développement donne naissance à deux types de cellules Affecte en général un seul gène Manifestations cliniques peuvent être localisées Exemple: neurofibromatose de type 1 Risque de transmission seulement si affecte la lignée germinale

56 Exemples d application en génétique clinique

57 Certaines maladies sont plus fréquentes dans la population canadienne-française Source: Laberge et al. Clin Genet 2005.

58 Caractéristiques de l effet fondateur canadien-français 9500 pionniers français durant le Régime français ( ) 1200 femmes seulement Peu de mariages mixtes jusqu au 20e siècle Taux de fertilité élevé jusqu aux années 1930 Caractéristique des fronts pionniers

59 Avantage compétitif pour la recherche en génétique au Québec Grandes familles Grappes régionales de maladies rares Grosses cohortes de patients porteurs de la même mutation Phénotype homogène Réseau de cliniciens chercheurs

60 AOA2 Phénotype canadien-français

61 Amyotrophie distale chez patient canadien-français

62 Description clinique originale Grande famille avec 7 membres atteints Ataxie à la marche avec début entre 8 et 12 ans Amyotrophie distale progressive sévère Tremblement (4 patients) Atrophie cérébelleuse au CT Scan Vitesses de conduction Motrice: Normale inférieure Sensitive: Diminution importante Anomalies de la proprioception et de la perception vibratoire Source: Bouchard J et al. Study of a Family with Progressive Ataxia, Tremor and Severe Distal Amyotrophy. Can J Neurol Sci, 7(4): 345-4

63 Familles AOA2

64 Distribution géographique

65 Caractéristiques cliniques Début à l age de 14,8 ans (2-20) avec ataxie à la marche Ataxie à la marche plus prononcée que l ataxie des membres supérieurs Amyotrophie distale progressive (100%) Faiblesse musculaire distale (100%) Dysarthrie (100%) Poursuite oculaire anormale (100%) Strabisme (30%) Réflexes ostéotendineux diminués ou absents (100%) Anomalies de perception vibratoire (100%) et de position (74%)

66 Évaluation Biochimie Alpha-foetoprotéine augmentée (19/19, 1,4-18,2 fois la normale) Taux sérique de vitamine E normal (4/4) Taux sérique de CK normal (4/4) Taux sérique d albumine normal (8/8) Imagerie Atrophie cérébelleuse (7/12) Atrophie pontocérébelleuse (5/12) Électromyographie Dénervation distale active et chronique (12/13)

67 Évaluation Vitesses de conduction Motrices: Normales (7/13) ou légèrement diminuées (6/13) avec amplitude diminuée Sensitives: Perte de potentiels d action sensitifs (13/13) Pathologie Neuropathie axonale chronique affectant les grosses fibres myélinisées (2/2) Évaluation génétique Friedreich négatif (6/6) SACS négatif (1/1)

68 AOA2 / SCAR1 Ataxie spinocérébelleuse avec début à l âge de 19,5 ans (19-20) Mouvements oculaires saccadés Télangiectasies sur la conjonctive bulbaire Aréflexie Légère faiblesse musculaire Diminution de proprioception et perception vibratoire Vitesses de conduction Absence de potentiels d action sensitifs Vitesses de cond. motrice diminuées et faible amplitude Alpha-foetoprotéine élevée CK élevée Gammaglobulines élevées Liaison à intervalle de 16 cm sur le chromosome 9q34 Source: Bomont P et al. EuropeanJournal of Human Genetics 2000.

69 Clonage positionnel Identification d un phénotype Hérédité mendélienne Homogénéité clinique Grappe géographique Marqueur biologique Stratégies Cartographie Raffinement de l intervalle Sélection des gènes candidats Séquençage Gène candidat (phénotype semblable, plausibilité biologique) Validation Confirmation clinique dans d autres population Validation avec phénotype moléculaire ou biochimique compatible Modèle animal

70 Haplotypes pour 10 marqueurs sur le chromosome 9q34

71 LOD scores pour 5 marqueurs sur le chromosome 9q34 theta Marker Family D9S1830 All D9S1199 All D9S915 All D9S2157 All D9S164 All

72 Mutations SETX

73 Séquençage à haut débit Forme algérienne de l ataxie spastique de Charlevoix- Saguenay (ARSACS)

74 Histoire de cas Homme de 47 ans Ataxie depuis la petite enfance Origine algérienne Histoire de cosanguinité Parents et 1 frère sans histoire neurologique 1 cousin n a jamais marché Tableau clinique d ataxie spastique avec polyneuropathie Affirme être porteur d une SCA2 Bilan génétique Ataxie de Friedreich: négatif SCA2 (par nous): négatif Panel NGS ataxie 33 gènes

75 Résultat panel ataxie 33 gènes Nouvelle mutation de type non-sens dans le gène de l ataxie spastique de Charlevoix-Saguenay (ARSACS) Rares cas décrits en Algérie Manifestations typiques de la maladie

76 Éléments cliniques suggérant une étiologie génétique Histoire familiale Grappe régionale Début précoce des symptômes Phénotype complexe Présence d un biomarqueur spécifique

77 Utilité du NGS dans des cohortes: Maladies neurodéveloppementales Soden et al., Sci Transl Med 2014 Maladies neurodéveloppementales affectent 3% des enfants Attribuables à des mutations dans plus de 1000 loci Whole-exome sequencing (WES) raccourcit investigation de 5 ans Coût cumulatif des tests avant WES était de près de $ Diagnostic moléculaire chez 45% des cas A permis l identification d un diagnostic exploitable dans 23% des cas

78 Utilité du NGS dans des cohortes: Ataxies sporadiques à début adulte Fogel et al., JAMA Neurol 2014 Information génétique pertinente chez 60% des patients Identification de variants pathogènes chez 21%

79 Conclusion La génétique humaine moderne s appuie sur une longue tradition d expérimentation dans des organismes modèles Il existe de nombreuses exceptions au modèle mendélien traditionnel Séquençage à haut débit génère une grande quantité de données qui fait exploser le nombre de variants identifiés mais qui doivent être analysés!