Bases moléculaires des Cardiomyopathies Dr Gilles MILLAT Laboratoire de Cardiogénétique Moléculaire, Centre de Biologie et Pathologie Est Groupement Hospitalier Est, CHU Lyon 22 Juin 2012
Mort brutale dans l heure suivant l apparition des premiers symptômes 40 000 décès par an en France, 3-10% sont récupérées Infarctus du myocarde (~ 80%) Cardiomyopathies (~ 10%) Autres causes (~ 10%) Arythmies sur coeur sain Valvulopathies Déstabilisation d une plaque d athérome coronarienne Hypertrophique Malformations congénitales Dilatée Modifié d après Huikuri HV et al., NEJM (2001) Facteurs environnementaux et/ou génétiques
Fonction Biologique Facteurs génétiques Facteur génétique Facteurs environnementaux Facteurs environnementaux Seuil Pathologie Normal Maladies multifactorielles Maladies monogéniques
Évaluation du caractère pathogène d une variation de séquence (mutation vs polymorphisme/«snv») 1. Ségrégation du variant génétique avec la maladie dans la famille 2. Absence de ce variant dans une population contrôle 3. Analyser nature du variant - Variant «PTC» : très probablement pathogène - Variant «faux-sens» et «introniques» : effet pathogène à déterminer Utilisation logiciels de prédiction (Polyphen-2, SIFT, NNSplice, HSF ) Étude de la conservation de l acide aminé dans les espèces (pour variants faux-sens) Étude des conséquences fonctionnelles du variant sur la protéine/ la cellule Pubmed Base de données SNV (1000Genomes, dbsnp, HapMap, ) et mutations (Cardiogenomics, )... / Mutation «PTC»* (ex : mutants MYBPC3) Haploinsuffisance (effet allèle nul) Défaut quantitatif de la protéine * Mutations «PTC» (Premature Termination Codon) : mutations non-sens, mutations avec décalage de la trame de lecture, mutations d épissage Mutation faux sens (ex : mutants MYH7) Polypeptide poison (effet Dominant Négatif) Anomalie qualitative de la protéine
Pathologie Moléculaire des Cardiomyopathies Héréditaires Myocarde structurellement et fonctionnellement anormal (atteinte primitive) Pathologies cliniquement et génétiquement très hétérogènes Corrélations génotype/phénotypes difficiles Classification : Cardiomyopathie Hypertrophique (CMH) Cardiomyopathie Dilatée (CMD) Les plus fréquentes Cardiomyopathie Restrictive (CMR) Cardiomyopathie Arythmogène du Ventricule Droit (CAVD) Normal CMD CMH CMR
a) Cardiomyopathie hypertrophique Hypertrophie totale ou partielle du myocarde (hypertrophie septum > 13 mm) Fibrose Hypertrophie et désorganisation des myocytes CMH Normal Fibrose
Cause principale de mort subite chez le jeune adulte (en particulier l athlète) (D après Maron 2010 Circulation 121:445-456) Causes de Mort Subite chez les jeunes athlètes aux USA
Prévalence : 1/500 Age de début : adolescence, mais variable Symptômes : dyspnée, palpitations, douleurs, syncope Diagnostic : échographie, ECG Complications : mortalité 1-6 % par an Mort subite (effort, entre 10 et 40 ans le plus svt) Insuffisance cardiaque (après 30 ans le plus svt) Traitement Proscrire le sport de compétition Médicaments / Chirurgie / Alcoolisation / Défibrillateur
Maladie génétique autosomique dominante CMH familiale dans la plupart des cas (60 %). Nombreux gènes impliqués, plus particulièrement gènes du sarcomère Gènes les plus fréquemment mutés : MYH7, MYBPC3, TNNT2, TNNI3 Mutations essentiellement privées Pénétrance incomplète et expressivité variable Gène Loc. Fréquence 14q11 25 35% 11p11.2 25 35% 1q32 3 5% Cardiac troponin I (TNNI3) 19p13.4 3 5% α-tropomyosin (TPM1) 15q22.1 1-3% Myosin light chain 2 (MYL2) 12q23 Rare Myosin light chain 1 (MYL3) 3p21.2 Rare Cardiac troponin C (TNNC1) 3p21.1 Rare α-cardiac actin (ACTC1) 15q14 Rare α-myosin heavy chain (MYH6) 14q11 Rare 2q13 33 Rare 17q12 Rare Myozenin 2 (MYOZ2) 4q26 27 Rare LIM binding domain 3 (LBD3) 10q22.2 Rare Muscle LIM Protein (CSRP3) 11p15.1 Rare Vinculin/Metavinculin (VCL) 10q22.1 Rare β-myosin heavy chain (MYH7) Myosin binding protein-c (MYBPC3) Cardiac troponin T (TNNT2) Titin (TTN) Telethonin (TCAP) essentiellement mutants faux-sens env. 70% de mutants «PTC» (D après Tester et Ackerman 2009 Annu Rev Med 60:69-84)
Structure du Sarcomère A-band M line Filament fin Filament épais 7 nm 15 nm D après Ferrantini et al. 2009, J. of Cardiovasc. Trans. Res.
Intérêts de l exploration moléculaire Confirmation d un diagnostic clinique o Distinction avec hypertrophie due à l adaptation à l effort o Éliminer phénocopies (Fabry, Danon, Noonan, LEOPARD, ) Conseil génétique Compréhension des mécanismes physiopathologiques
Résultats de l exploration moléculaire Mutation identifiée chez un cas sur deux variations faux-sens pose parfois un problème d interprétation nécessité de l étude familiale pour étudier la ségrégation Exploration MYH7 et MYBPC3 80% des patients «positifs» o gène MYBPC3 : env. 70% de mutations «PTC»; principal gène muté dans les cohortes françaises o gène MYH7 : essentiellement variations faux-sens pb interprétation o âge de diagnostic plus jeune chez patients MYH7/patients MYBPC3 Fréquence des cas avec plusieurs mutations non négligeable nécessité de faire étude familiale (ségrégation) 50 % des cas index sans mutation o criblage exhaustif gènes connus (Next-Gen Sequencing, ) o découverte nouveaux gènes morbides o rôle fonctionnel des régions non codantes (promoteur, introns, régions 5 et 3 non traduites) Nécessité de test fonctionnels (in silico, in vitro, ) pour valider effet pathogène de nouveaux variants génomiques
Physiopathologie Mutation sarcomérique Anomalies biochimiques sensibilité au Ca2+ (filament fin) Pertubation homéostasie énergétique Défaut mécanique Hypercontractilité ( myocyte relaxation) Structure +/- assemblage anormal du sarcomère Fonction de l organe Dysfonction diastolique arythmies possible Fatkin 2002, Physiol Rev Relarguage facteurs de croissance (voie de signalisation?) Tissu Hypertrophie/désorganisation cardiomyocytes Prolifération fibroblastes Organe Hypertrophie / fibrose Watkins, NEJM 2011
b) Cardiomyopathie dilatée Dilatation ventriculaire Altération de la fonction systolique Origine multifactorielle Cœur Normal Cardiomyopathie dilatée Ventricule gauche dilaté
Prévalence : environ 1/2500 (USA) Age de début : adolescence, adulte jeune Symptômes : dyspnée d effort, palpitations, Diagnostic : échographie, ECG, bilan étiologique Complications : mortalité 30-50% à 5 ans (1ère indication des greffes cardiaques) insuffisance cardiaque réfractaire mort subite Traitement : médicaments (insuffisance cardiaque) transplantation cardiaque
Origine génétique : 20 à 35 % des cas Transmission autosomique dominant (85 à 90 % des cas) Plus de 25 gènes morbides connus o Protéines sarcomériques identiques à celles impliquées dans les CMH (MYBPC3, MYH7, TNNT2, ACTC, ) TTN : mutations «PTC» 25% cas familiaux; 18% des cas sporadiques (Herman 2012 N Engl J Med. 366:619-28). o Protéines Bande Z o Protéines structurales (Tafazzine, Dystrophine, δ sarcoglycanes...), o Protéines des filaments intermédiaires (Desmine) o Protéines de la membrane nucléaire (Emerine, lamines A/C) o Protéine du métabolisme Ca 2+ (Phospholamban) o Canaux ioniques (SCN5A) o Co-facteurs de transcription (EYA4), o Épissage (RBM20), o /. Mutation identifiée dans moins de 20% des formes familiales (hors TTN)!! D après Fatkin 2002, Physiol Rev
Physiopathologie Mutation sarcomérique Mutation protéine cytosquelette Force-Ca2+ et ATPase-Ca2+ Force développée Transmission force Dysfonction systolique VG Dilatation cavité VG + Remodelage VG (apoptose, nécrose, fibrose) Insuffisance Cardiaque Mort Watkins, NEJM 2011
c) Cardiomyopathie restrictive Définition : VG rigide, dysfonction diastolique ++ (gène remplissage ventriculaire) Prévalence : rare ++ Age de début : variable Symptômes : insuffisance cardiaque Diagnostic : échocardiographie, ECG Pronostic : mortalité précoce importante (notamment chez l enfant) Traitement : difficile Hétérogénéité génétique o Implication gènes codant protéines sarcomériques (MYH7, TNNT2 et TNNI3) o Implication gènes codant des protéines non sarcomérique (DES)
d) Cardiomyopathie Ventriculaire Droite Arythmogène Anatomopathologie: remplacement du tissu musculaire par du tissu fibro-adipeux Prévalence : ~1/5.000 Age de début : adolescence, adulte jeune Symptômes : palpitations, syncope (évocateur à l effort) Diagnostic : ECG, IRM, scintigraphie, angio VDt Complications : Mort subite (effort) Insuffisance cardiaque (dysfonction VD ou VG) Traitement : Proscrire le sport (de compétition) Médicaments (beta-bloquants, anti-arythmiques) / Défibrillateur Physiopathologie: inconnue (apoptose, dégénératif, transdifférentiation, myocardite virale)
Formes familiales: 30-50% des cas, transmission autosomique dominante Gènes impliqués : - RyR2 - DSP (desmoplakine) - JUP (plakoglobine) protéines de jonction - PKP2 (plakophiline) mécanique des cellules - DSC2 (desmocolline) - DSG2 (desmogléine) - /... CAVD : pathologie des desmosomes cardiaques Desmine Desmoplakine Desmocolline Plakoglobine Desmogléine Plakophiline * Sarcolemme * : espace extracellulaire
Bilan et Perspectives Améliorer corrélations G/P (pb pénétrance, expliquer l expressivité variable) Identifier nouvelles mutations sur gènes morbides connus (séquençage NGS) Identifier de nouveaux gènes morbides (séquençage NGS) Identifier les polymorphismes qui modulent l expressivité phénotypique (séquençage NGS) Ne pas oublier que 5 à 10 % des patients possèdent plus d une mutation causale Mieux maîtriser implication fonctionnelle des mirna o Intérêt des mirna circulants en tant que marqueur Étude fonctionnelle (électrophysiologie cellulaire, sensibilité Ca2+, force, ) des mutants faux-sens? o From fibroblasts to cardiomyocytes Améliorer compréhension physiopathologie Mieux appréhender les aspects pronostiques et thérapeutiques
D après Dangwall 2011 Cardiovasc Res
Watkins 2011, NEJM
Watkins 2011, NEJM