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Identification

Explications avancées  médico-scientifique

Identification de 2 nouveaux gènes du syndrome de Franceschetti/Treacher-Collins :

Traduction de ‘Nature Genetics’

Articles traduits de l’anglais par A.C.

Paru avec la mention Copyrights 2010 Nature America, INc. All rights reserved.

« Les auteurs ont identifié des mutations dans une famille de gène codant pour des ARN polymérases I et III, chez des patients atteints du syndrome SFTC (Syndrome de Franceschetti / Treacher Collins). Les auteurs ont détecté 20 mutations hétérogènes dans le gène POLR1D chez 252 patients atteints par le SFTC ou une forme clinique ressemblant au SFTC.

Les auteurs ont également découvert des mutations dans le gène POLR1C chez trois individus atteints de SFTC. Ces découvertes identifient deux gènes additionnels impliqués dans le SFTC qui confirment l’hétérogénéité du SFTC ainsi que l’hypothèse affirmant que le SFTC est du à une pathologie des ribosomes. »

Le Syndrome de Franceschetti / Treacher-Collins (MIM 154500) est une maladie de transmission autosomique dominante avec anomalie du développement cranio-facial. Le SFTC survient avec une fréquence estimée de 1 sur 50.000 naissances. Le SFTC est caractérisé par l’association de l’orientation vers le bas des fentes palpébrales, un colobome de la  paupière inférieure avec une propension à la disparition des cils et sourcils, une hypoplasie des os du visage, une fente du palais, des malformations des oreilles (du pavillon et du lobe), une atrésie des canaux auditifs externes, et une perte auditive bilatérale. De nombreuses variations inter et intra familiales sont fréquemment observées dans le phénotype clinique.


La majorité des individus atteints de SFTC sont hétérozygotes pour une mutation du gène TCOF1 (ref. 1). Bien qu’un taux de détection de mutation dans le gène TCOF1 peux parfois être très élevé (jusqu’à 93%), la mutation du gène TCOF1 n’est pas identifiée pour une partie de sujets atteints de SFTC (ref 2–4).


Afin d’identifier les bases génétiques du SFTC chez un garçon âgé de 3 ans, sans mutation dans le gène TCOF1, les auteurs ont effectué un caryotype moléculaire en utilisant une puce à ADN Affymetrix GeneChip 262K NspI®©. Les auteurs ont identifié une perte de matériel génétique de 156-kb (156 000 paires de bases) de novo (accident génétique) dans la région chromosomique 13q12.2, allant du marqueur génétique SNP A-4282134 (rs534150) au marqueur génétique SNP A-2305152 (rs1231044), ce qui, en résumé, entraînait la perte complète du gène POLR1D et l’exon 1 du gène LNX2 (Fig. 1 et Fig. 1 Supplémentaire de l’article).

Basé sur cette observation, les auteurs ont étudiés de façon systématique et séquentielle, POLR1D and LNX2 (Fig. 2 Supplémentaire) chez cet individu ainsi que chez ses parents et chez dix autres personnes atteintes de SFTC sans mutations dans le gène TCOF1 (Méthodes Supplémentaires). Aucune nouvelle mutation dans le gène POLR1D n’a été identifiée chez ces 10 patients. Cependant, chez un de ces autres individus, appelé EsM42160, une mutation hétérozygote (un des 2 gène) était observée, résultant en un arrêt prématuré de la protéine en position 87 dans l’ exon 3 du POLR1D (p.Arg87X) (Fig. 1 et Fig. 1 Supplémentaire de l’article).

Afin d’identifier des mutations additionnelles dans le gène POLR1D, les auteurs ont étudié systématiquement un groupe de 242 individus supplémentaires atteints de SFTC typique ou porteurs de signes cliniques proches du SFTC. 17 mutations hétérozygotes furent détectées chez 20 autres patients (Table 1 et Table 1 Supplémentaire).

Toutes les mutations hétérozygotes conduisant à une fin prématurée de la fabrication de la protéine sont localisées dans l’exon 3 du gène POLR1D et touchent (affectent) les acides aminés dans le domaine de dimérisation de la polymérase (association de 2 protéines polymérases ensemble pour qu’elles fonctionnent correctement) qui est une région du gène et de la protéine hautement conservé au cours de l’évolution des différentes espèces animales (Fig. 3 Supplémentaire). Ces mutations perturbent très certainement la dimérisation de la sous unité 5-alpha. L’altération du gène dénommée p.Arg87X, a été détectée dans trois familles différentes et l’altération dénommée Glu47Lys a été détectée dans deux familles différentes. Celles-ci furent les seules altérations récurrentes que les auteurs aient identifiées.

L’analyse du gène POLR1D chez 280 individus non atteints ne révéla aucune variation de séquence donnant un argument supplémentaire pour dire que le gène POLR1D est bien responsable du SFTC. Chez cinq familles atteintes (désignées EsM6227, EsM3422, EsM6195, Man15 et Man24), la mutation identifiée s’associait parfaitement avec le phénotype SFTC, c’est à dire que seul les patients atteints portaient la mutation alors que les individus dans la famille non atteints n’avaient pas la mutation (Fig. 4a Supplémentaire).

Dans ce cas, les auteurs ont observé chez les familles EsM5850, EsM42160, Man33 and Man40, des cas de non-pénétrance (c’est à dire que des individus porteurs de la mutation ont très peu voir pas de signe clinique de SFTC Fig. 4b Supplémentaire), ce qui a déjà été signalé dans le SFTC mais qui n’est pas habituel dans les mutations de TCOF1  (observations non publiées).


Les polymérases sont des enzymes impliquées dans la fabrication des ARN. Deux polymérases (PolI et PolIII) sont impliquées dans la transcription de l’ARN des ribosomes (rRNA), mais PolIII synthétise pour la plupart le 5S rRNA et l’ARN de transfert (tRNA). La polymérase II (PolII) transporte l’ARN messager. Chaque enzyme est composée de deux sous unités alpha- et de deux sous unités béta-. (Ces deux sous unités consistent en deux protéines, AC19 (codé par le gène POLR1D) et AC40 (codé par le gène POLR1C). Les protéines AC40 et AC19 jouent un rôle essentiel dans l’association des protéines de l’ARN polymérase.


Devant la constatation de la forte interaction entre les protéines codées par  les gènes POLR1D et POLR1C, les auteurs ont émis l’hypothèse que le gène humain codant pour la protéine AC40, POLR1C, était un fort candidat pour le SFTC. Par conséquent, les auteurs ont étudié systématiquement ce gène chez 252 individus atteints de SFTC (table 2 Supplémentaire).


Chez l’individu AsM17985, qui présentait des signes typiques de SFTC, les auteurs ont détecté des mutations dans l’exon 9 résultant en une modification très importante de la protéine (p.Lys327X). Cependant, les auteurs ont également identifié une mutation ayant pour conséquence une modification de la protéine dans l’exon 8 du gène POLR1C chez le même individu (p.Arg279G1n).

L'analyse des parents de l’individu issu de la famille EsM117985 révèle que la mutation résultant en p.Lys327X était héritée de la mère, alors que la mutation p.Arg279G1n était héritée du père. De façon similaire, chez un second patient (Man42), sans aucun lien avec le précédent, les auteurs ont identifié une autre mutation également « sévère », (p.Gly31ValfsX23), dans l’exon 2 et une seconde mutation dans l’exon 8 (p.Arg279Trp), dans le gène POLR1C. Une analyse systématique des deux parents de cet individu révéla que la mutation p.GlyValfsX23 était héritée de la mère, alors que la mutation p.Arg279Trp était héritée du père. Dans les deux familles, ni la mère ni le père n’était atteint du SFTC. Enfin, chez un troisième individu et chez son frère atteint de SFTC, (famille EsM5815), les auteurs ont trouvé une perte de 4 paires de bases dans l’intron 8, très vraisemblablement  responsable de la perte de l’ensemble de l’exon 8 par modification de l’épissage), et, encore une fois, les auteurs ont décelé une seconde mutation dans l’exon 8 résultant en p.ARg279G1n. Le père de ce cas étant décédé, aucun ADN n’était à disposition pour analyse. La mère non affectée et la sœur en bonne santé sont porteuses de la mutation résultant en mutation p.Arg279G1n.

L’Arginine 279 est un acide aminé hautement conservé au cours de l’évolution, qui est situé dans le domaine polymérase du gène POLR1C (Fig.3b Supplémentaire). Aucune mutation en codon 279 du gène POLR1C n’a été détecté chez les 272 individus sains. Cependant chez un individu de l’échantillon de contrôle, les auteurs ont observé une mutation, résultant en p.Arg303X.

Ne trouvant aucune autre mutation dans POLR1C, les auteurs ont conclu que cet individu etait un porteur hétérozygote non atteint.


Ces observations, notamment, la ségrégation au sein de la troisième famille, indiquent un mode d’hérédité autosomique récessive du SFTC chez les trois familles décrites, comme cela a été suggéré précédemment. (Fig 4c Supplémentaire)

Des analyses antérieures de Treacle, la protéine codée par le gène TCOF1, ont indiqué que cette protéine est associée, dans le noyau de la cellule, à un facteur de transcription de l’ARN polymérase 1. Treacle est impliqué avec la transcription des ARN ribosomiaux (rRNA). De plus, Treacle joue un rôle essentiel dans la biogenèse (fabrication) des ribosomes in vivo. Enfin, la perte de Tcof1 chez la souris entraîne des malformations cranio-faciales proches de celles observées dans le SFTC. Ces malformations surviennent à la suite d’une insuffisance du nombre de cellules au niveau des oreilles et des os du visage (résultant de la production insuffisante de ribosomes matures au cours du développement embryonnaire).

Donc, en l’absence de Treacle, l’insuffisance de la biogenèse des ribosomes restreint la progression du cycle des cellules; causant un ralentissement de la prolifération des cellules puis un arrêt du cycle cellulaire et la mort des ces cellules.


Les mutations du gène POLR1D conduisent à une insuffisance de ce gène, et les mutations en POLR1C conduisent à une altération du fonctionnement de la protéine codée par POLR1C. Cette hypothèse a été démontrée à partir d’études chez des individus et des familles atteints de SFTC.


Ces observations indiquent que la diminution de la quantité des enzymes polymérases Pol1 et/ou PolIII résulte en une insuffisance du nombre de ribosome matures dans le neuro-épithélium (partie de l’embryon qui va ensuite donner les os et muscles du visage) et par conséquence du nombre de cellules lors d’une étape cruciale du développement embryonnaire. L’hypothèse a été émise que ceci entraîne les variations morphologiques du visage observée chez les sujets atteints de SFTC. Les mutations dans d’autres gènes causant une diminution de la fonction de POL1 et/ou POlIII entraînent une insuffisance des rRNA (ARN ribosomiaux) et/ou des tRNA (ARN de transfert), causent également une anomalie permanente des cellules de la moelle osseuses, comme observé dans le Syndrome de Shwachman-Diamond, et l’anémie de Blackfan-Diamond.


Certains individus atteints de l’anémie de Blackfan-Diamond présentent aussi un phénotype de malformations cranio-faciale similaire aux patients avec le SFTC. De futures analyses identifieront, les auteurs l’espèrent, d’autres pathologies génétiques appartenant aux « ribosomopathies » avec ou sans phénotype crânio-facial et ouvriront, sans aucun doute, des perspectives vers de nouveaux traitements.

Sources. 

1-Center for Human and Clinical Genetics, Leiden University Medical Center (LUMC), Leiden, The Netherlands.  2-Faculty of Medical and Human Sciences, Manchester Academic Health Sciences Centre, University of Manchester, Manchester, UK.

3-Institut für Humangenetik, Universitaetsklinikum Essen, Essen, Germany.

4-Department of Human Genetics, Radboud University Nijmegen Medical Centre, Nijmegen, The Netherlands.

5-Department of Pediatrics, Medical Center Haaglanden, The Hague, The Netherlands.

6-Praenatal-Medizin München, München, Germany.

7-Medizinisches Versorgungszentrum für Laboratoriumsmedizin, Mikrobiologie und Humangenetik, Mönchengladbach, Germany.

8-Institute of Human Genetics, Friedrich-Alexander-University of Erlangen-Nuremberg, Erlangen, Germany.

9-Centre de Référence Neuromusculaire, Hôpital Marin Assistance Publique-Hôpitaux de Paris (AP-HP), Hendaye, France.

10-Hospital Universitario Central de Asturias, Oviedo, Spain.

11-Department of Clinical Genetics, Erasmus Medical Center Rotterdam, The Netherlands.

12-Zentrum für Humangenetik am Universitaetsklinikum Regensburg, Regensburg, Germany.

13-Faculty of Life Sciences, University of Manchester, Manchester, UK. Correspondence should be addressed to J.G.D. (dauw@lumc.nl).

Received 14 July; accepted 29 October; published online 5 December 2010; doi:10.1038/ng.724

  

Les mutations de gènes RNA polymerases I et III provoquent le Syndrome de Franceschetti / Treacher-Collins ou SFTC.

Johannes G Dauwerse1, Jill Dixon2, Saskia Seland3, Claudia A L Ruivenkamp1, Arie van Haeringen1, Lies H Hoefsloot4, Dorien J M Peters1, Agnes Clement-de Boers5, Cornelia Daumer-Haas6, Robert Maiwald7, Christiane Zweier8, Bronwyn Kerr2, Ana M Cobo9, Joaquín F Toral10, A Jeannette M Hoogeboom11, Dietmar R Lohmann3, Ute Hehr12, Michael J Dixon2,13, Martijn H Breuning1 & Dagmar Wieczorek3

    Association Coline

Syndrome de Franceschetti - De Goldenhar - De Nager