Triplets répétés, maladies neurodégénératives et - iPubli
Contents
1. nrs m decine sciences 1996 12 1361 9 SYNTH SE Christian N ri Howard M Cann Jean Dausset C N ri docteur s sciences H M Cann doc teur en m decine directeur de recherche l Inserm J Dausset docteur en m decine po fesseur honoraire au Coll ge de France C EPH 27 rue Juliette Dodu 75010 Paris France C N ri m s n 12 vol 12 d cembre 96 Triplets r p t s maladies neurod g n ratives et psychiatriques m canismes et g nes candidats Initialement d tect es dans le syndrome de l X fragile les mutations dynamiques avec expansions variables de triplets r p t s polymorphes CGG CAG CTG ou GAA consti tuent une nouvelle classe de mutations responsables de plu sieurs maladies neurod g n ratives h r ditaires elles pourraient aussi tre impliqu es dans les formes familiales de maladies psychiatriques multifactorielles telles que la psychose maniaco d pressive et la schizophr nie De nou velles m thodes de caract risation de ces mutations et de clonage des g nes impliqu s ont t d velopp es L tude d taill e des effets intracellulaires des expansions d j identifi es permettent d j une meilleure compr hension des m canismes biologiques et biochimiques en jeu Le recensement exhaustif de nouveaux triplets r p t s au niveau de l ADN g nomique et des ADNc de r p titions de glutamine au niveau des prot ines permet d identifier des candida2. p 258 17 HAP1 ne se lie pas l atrophine l la prot ine DRPLA normale et semble synth tis e en plus grande quantit dans les zones de d g n rescence caract ristiques de la maladie de Huntington Des partenaires de l ataxine l ont aussi t identifi s ils sont diff rents de HAP 1 H Zoghbi communication personnelle Il y aurait donc coop rativit des prot ines polygluta mines et de leurs partenaires dans le ciblage des neurod g n rescences figure 1 16 Une tude r cente a montr que l expression d un frag ment de l ADNc SCA3 codant en majorit pour une polyglutamine de grande taille 79r sidus induit l apoptose des cellules COS 7 apr s transfection ainsi que la d g n res cence pr coce des cellules de Pur kinje chez la souris h t rozygote apr s transgen se 18 En revanche la prot ine SCA3 enti re ainsi qu un fragment de cette prot ine conte nant un domaine Gin restent sans effet Les auteurs ont aussi observ un retard de migration sur gel du fragment contenant le domaine Gin et d autres prot ines d natu r es ce qui sugg re l existence de liaisons covalentes avec d autres pro t ines Cette tude souligne donc les propri t s biochimiques propres aux expansions polyglutamines de grande taille elle met possiblement en cause des anomalies de la prot o lyse des prot ines qui les contiennent comme facteur de neurotoxicit et comme d nominate
3. 92 3636 41 12 Takiyama Y Igarashi S Rogeava EA Endo K Rogaev EL et al Evidence for inter generational instability in the CAG repeat in the MJD gene and for the conserved haplotypes at flanking markers amongst apanese and Caucasian subjects with Machado Joseph disease Hum Mol Genet ms 1995 4 1137 46 1362 variable en fonction de la maladie consid r e Deux classes de muta tions dynamiques ont t mises en vidence Tableau I d une part les expansions de grande taille jusqu plusieurs milliers de triplets pr sentes dans les r gions non codantes des transcrits FRAXA DM ou dans les introns humains AF et lori gine de diminution ou d absence de synth se des prot ines correspon dantes d autre part les expansions CAG SBMA SCA1 et SCA3 DRPIA et HD plus mod r es jusqu 62 121 triplets selon la maladie pr sentes dans les r gions codantes des transcrits humains et probablement l origine de gains de fonction l exception des g nes SBMA r cep teur des androg nes et DM myoto nine kinase les fonctions des pro t ines cod es par les six autres g nes de maladie ne sont pas connues 1 3 Dans le cas des mutations dyna miques codantes les prot ines mut es portent un domaine polyglu taminique Gin n de taille anor male cod par l expansion CAG et sont synth tis es en m me quantit que les formes normales comme cela a t montr pour HD 4 et
4. Billault A et al A YAC contig map of the human genome Nature 1995 377 174 82 45 N ri C Albanese V Lebre AS Holbert S Saada C et al Survey of CAG CTG repeats in human cDNAs representing new genes candidates for inherited neurologi cal diseases Hum Mol Genet 1996 5 1001 9 46 Margolis RL Breshel TS Li SH Kidwai AS Antonarakis SE McInnis MG Ross CA Characterization of cDNA clones contai ning cDNA CCA trinucleotide repeats deri ved from human brain Somat Cell Mol Genet 1995 21 279 84 47 Davidson JD Servadio A Duvick Zoghbbi HY Orr HT Burright EN Charac terization of ataxin l selfinteractions and identification of genes encoding putative interacting proteins Proc Am Soc on Genet 1995 abstract no 197 48 Fields S Song OK A novel genetic sys tem to detect protein protein interactions Nature 1989 340 245 6 49 Plessis A Camonis JH Le syst me double hybride mode d emploi m decine sciences 1994 10 I IX 50 Chabala JC Solid phase combinatorial chemistry and novel tagging methods for URI leads Curr Opin Biotechnol 1995 E 6 632 9 1368 sur les expansions Gin et de pr ser ver ainsi la disponibilit des pro t ines partenaires dans le neurone La recherche de mol cules actives de petite taille est indispensable si on veut apporter le principe actif direc tement au niveau du tissu c r bral la sp cificit et les caract ristiques physicochimiques et
5. Snyder SH Ross CA A Huntingtin associated pro tein enriched in brain with implications for pathology Nature 1995 378 398 402 18 Ikeda H Yamagushi M Sugai S Aze Y Narumiya S Kakizuka A Expanded poly glutamine in the Machado Joseph disease protein induces cell death n vitro and in vivo Nature Genet 1996 13 196 202 19 Burright EN Clark HB Servadio A Matilla T Feddersen RM Yunis WS Duvick LA Zoghbi HY Orr HT SCAI transgenic mice a model for neurodegeneration cau sed by an expanded CAG trinucleotide repeat Cell 1995 82 937 48 20 Stott K Blackburn JM Butler PJG Perutz M Incorporation of glutamine repeats makes protein oligomerize impli cations for neurodegenerative diseases Proc Nail Acad Sci USA 1995 92 6509 13 21 Green H Human genetic diseases due to codon reiteration relationship to an evo lutionary mechanism Cell 1993 74 955 6 22 Zeitlin S Liu JP Chapman DL Papaioannou VE Efstratiadis A Increased apoptosis and early embryonic lethality in mice nullizygous for the Huntington s disease gene homologue Nature Genet 1995 11 155 63 23 Burke JR Enghild JJ Martin ME Jou YS Myers i Res a Vance IM Joe matter WJ Huntingtin and DRPLA proteins selectively interact with the enzyme GAPDH Nature Med 1996 2 347 50 24 Bao J Sharp AH Wagster MV Becher M Schilling G Ross CA Dawson VL Daw son TM Expansion of polyglutamine repeat in Huntingtin leads
6. d couverte de mol cules leurres sus ceptibles de se fixer sp cifiquement 367 R F RENCES ne 37 Ginns EI Ott J Egeland JA Allen CR Fann CSJ et al A genome wide search for chromosomal locci linked to bipolar affec tive disorder in the Old Order Amish Nature Genet 1996 12 431 5 38 Freimer NB Reus VI Escamilla ME McInnes LA Spesny M et al Genetic map pae using haplotype association and lin age methods suggests a locus for severe bipolar disorder BPI at 18q22 q23 Nature Genet 1996 12 436 41 39 Broude NE Chandra A Smith CL Dif ferential display of trinucleotide repeat containing sequences in human genome In Bentley D Green E Waterson R ed Genome Mapping and Sequencing New York Cold Spring Harbor 1905 41 40 Gastier JM Brody T Pulido JC Businga T Sunden S et al Development of a scree ning set for new CAG CTG dynamic mutations Genomics 1996 32 75 85 41 Li SH McInnis MG Margolis RL Anto narakis SE Ross CA Novel triplet repeat containing genes in human brain cloning expression and length polymorphisms Genomics 1993 16 578 9 Sii P 42 Riggins GJ Lokey LK Chastain JL Lei ner HA Sherman SL Wilkinson War ren S Human genes containing polymor Que trinucleotide repeats Nature Genet 992 2 186 91 43 Jordan B La valse des tiquettes m de cine sciences 1995 11 273 6 44 Chumakov I Rigault P Le Gall I Bel lanne Chantelot C
7. sions Happen encore m decine sciences 1996 12 431 5 4 Trottier Y Lutz Y Stevanin G Imbert G Devys D Cancel G Saudou F Weber C Dav d G Tora L Agid Y Brice A Mandel JL Cellular localization of the Hunting ton s disease protein and discrimination of the normal and mutant form Nature Genet 1995 10 104 10 5 Servadio A Koshy B Armstrong D Antalffy B Orr HT Zoghbi HY Expression analysis of the nt protein in tissues from normal and spinocerebellar ataxia DE l individuals Nature Genet 1995 10 948 6 Wells RD Molecular basis of genetic instability of triplet repeats J Biol Chem 1996 271 2875 8 7 Nelson DL Allelic expansion underlies many genetic diseases Growth Genet Horm 1996 V2 1 4 8 Gacy AM Goellner G Juranic N Macura S McMurray CT Trinucleotide repeats that expand in human disease form hairpin structures n vitro Cell 1995 81 533 40 9 Eichler EE Mac Pherson JN Murray A acobs PA Chakravarti Nelson Fe laplotype and interspersion analysis of the FMRI CGG repeat identifies two different mutational e e for the origin of the fragile X syndrome Hum Mol Genet 199 6 5 319 30 10 Brown XT Zhong N Dodkin C Positive fragile X microsatellite associations point to a common mechanism of dynamic muta tion evolution Am J Hum Genet 1996 58 641 3 11 Sutherland GR Richards RI Simple tandem DNA repeats and human genetic diseases Proc Natl Acad Sci USA 1995
8. 321 4 DT Boehnke M 36 Rish N Botstein D A manic depressive mm history Nature Genet 1996 12 351 3 1366 prot ines ou partir d chantillons d individus non atteints Dans le pre mier cas citons 1 la recherche d expansion CAG par enrichissement en fragments de restriction conte nant des r p titions CAG n compa raison des profils de migration avec l ADN normal et s quen age des fragments candidats 39 technique prometteuse dans le principe et en cours de mise au point 2 la d tec tion par FISH d expansion CAG dans les chromosomes m s n 5 vol 12 p 653 26 et 3 lorsqu on met en vidence une expansion polyglutami nique le criblage de banques d expression ou l immunopurifica tion d extraits cellulaires sur colonne d affinit l aide de l anticorps 1C2 Dans le deuxi me cas citons 1 le s quen age grande chelle de r gions candidates l avantage tant de fournir directement des informa tions sur toute la r gion analys e promoteurs s quence compl te du g ne organisation exon intron 2 la recherche grande chelle de nouvelles r p titions CAG n poly morphiques dans l ADN g nomique approche par d finition exhaustive mais peu puissante dans les pr dic tions de l expression des r p titions trinucl otidiques candidates 40 et 3 la recherche grande chelle de nouveaux ADNc portant des r p ti tions CAG n polymorphiques Moyenn
9. SCAI 5 Plusieurs questions restent sans r ponse quant aux m canismes d apparition des mutations dyna miques leurs cons quences intra cellulaires et leur impact sur la sant humaine M canismes de l expansion Les expansions de triplets r p t s ont t reproduites chez E coli ce qui a fourni un mod le tr s utile pour l tude des m canismes d appa rition des mutations dynamiques 6 Il n existe l heure actuelle aucun mod le permettant d expliquer com pl tement l apparition de ces muta tions Il a t r cemment propos que les m canismes d terminant l apparition des mutations dyna miques diff rent selon la taille des expansions grandes ou mod r es observ es chez les malades 7 L expansion de triplets r p t s semble li e des ph nom nes com plexes d arr t et de glissement de l ADN polym rase lorsque celle ci rencontre un triplet r p t lors de la r plication de l ADN 8 L adoption de structures secondaires en pingle cheveux du brin n osynth tis et les ph nom nes de r paration de l ADN favoriseraient l incorporation d un triplet r p t plus long que celui du brin d origine Les triplets r p t s constitueraient donc des pi ges polym rase Les pertes d interruption dans les triplets r p t s observ es chez les malades SCAI et FRAXA sugg rent que l homog n it du triplet r p t favorise son instabilit 7 Seules
10. cette derni re approche tant en cours dans d autres laboratoires 46 Adresse URL http www cephb fr m s n 12 vol 12 d cembre 96 Tableau Il CARACT RISTIQUES DES CLONES D ADNc CONTENANT UN CAG n POLYMORPHIQUE SOURCE CEPH Nom du clone Mode de s lection R p tition 5 3 2 116 Cerveau f tal Hybridation Institut Max Plank CAG 20 Berlin 2 81 Cerveau f tal Hybridation Institut Max Plank CTG 19 Berlin 2 119 Cerveau f tal Hybridation Institut Max Plank CAG 28 Berlin 2 46 Cerveau f tal Hybridation Genbank Institut Max Plank CAG 10 Berlin amp Cerveau f tal Stratagene 936206 2 70 Cerveau f tal Hybridation Institut Max Plank AAG 7 CAG 8 Berlin 1 8 Cerveau f tal Hybridation Genbank normalis e CAG 13 consortium IMAGE Livermore 1 180 Tissu mammaire Genbank 3NbHBst normalis e CAG 12 Placenta Nb2HP normalis e 1 181 Foie et rein f tal Genbank normalis e CAG 10 1 182 Tissu mammaire Genbank 3NbHBst normalis e CAG 12 Adresse URL http www cephb fr Conclusion perspectives th rapeutiques analyse du g nome humain et g nes candidats Malgr la complexit des mutations dynamiques les efforts accomplis ces trois derni res ann es ont permis de prendre conscience des subtilit s des m canismes et des perturbations bio chimiques en jeu Les donn es obte nues fournissent de nouvelles bases de r flexion concernant le traite
11. dominante de type 1 SCA3 maladie de Machado Joseph ou ataxie spinoc r belleuse domi nante de type 3 DRPLA atrophie dentato rubro pallidoluysienne HD maladie de Huntington SBMA atrophie musculaire spino bulbaire DM dys trophie myotonique de Steinert HTZ h t rozygotie nd non d crit fonction inconnue fonction suppos e RA r cepteur des androg nes populations neuronales m s n 4 vol 12 p 535 n 6 7 vol 12 p 852 15 16 Ces interactions auraient aussi lieu lorsque les polyglutamines sont de taille normale mais de plus faible affinit et sans cons quence pour le neurone Les g nes des cinq maladies concern es par ce m ca nisme SBMA SCAI SCA3 DRPLA et HD sont exprim s dans le syst me nerveux central et dans d autres tis sus Les interactions sp cifiques des prot ines de maladies avec certains partenaires synth tis s en plus grande quantit voire uniquement dans certaines zones du cerveau expliqueraient donc la diversit des processus de neurod g n rescence Ces sp cificit s d interaction sont attribu es une participation des acides amin s situ s en dehors des polyglutamines Ainsi la huntingtine la prot ine HD interagit avec un partenaire de fonction inconnue syn th tis uniquement dans le cerveau HAP 1 pour huntingtin associated pro tein et avec une plus forte affinit si elle est mut e m s n 2 vol 12 m s n 12 vol 12 d cembre 96
12. environ 1 2500 et a fortion celles qui sont polymorphiques 1 5 000 voire fortement polymorphiques 1 15000 Longueur et homog n it du motif r p t au moins 10 r p titions CAG ininterrompues semblent conditionner le polymor phisme Cependant il n existe pas de corr lation absolue entre la longueur d une r p tition CAG n gt 9 et son degr de polymorphisme La liste actuelle de nouveaux ADNc portant des r p titions CAG n polymor phiques Tableau 11 est la disposi tion de la communaut scientifique sur le serveur internet du CEPH et constitue une source non n gligeable de g nes candidats tant donn leur raret En effet la faible fr quence observ e pour les r p titions CAG n fortement polymorphiques dans notre tude est comparable celle obtenue par Gastier et al 40 qui ont isol partir de l ADN g no mique 14 nouvelles r p titions CAG n potentiellement tr s poly morphiques dont cinq seraient exprim es d apr s l analyse faite laide du programme de pr diction d exons GRAIL Les ADNc s lection n s dans notre tude ayant t obte nus l aide d une amorce oligo dT ils repr sentent essentiellement les r gions 3 des ARNm et faiblement les r gions 5 Il est donc n cessaire de proc der au criblage de ces r gions l aide d ADNc obtenus par ancrage au niveau de l extr mit 5 des ARNm ou par ancrage au hasard l aide d hexam res
13. ment des maladies expansion CAG m s n 12 vol 12 d cembre 96 Banque d origine Homologie dans Genbank EST num ro d accession aucune aucune aucune T07007 aucune R18580 R48249 H25944 T85390 T49359 et l efficacit de la recherche de g nes candidats l chelle du g nome humain Si le mod le du gain de fonction des r p titions de glutamines se confirme il est possible de recher cher des mol cules peptides synth tiques compos s organiques capables de bloquer l activit anor male des expansions de polygluta mines au niveau intracellulaire ce titre les travaux visant identifier les partenaires des prot ines de mala dies et d finir le r le intrins que H t rozygotie Nombre Localisation d all les nombre de copies 9 14 24 3p14 3 13 19 chromosome 19 5 23 28 4p15 et 4q28 3 9 8 18 12q13 3 et 3p21 2 8 9 19q13 43 15 8 25 13q13 1 q13 2 1q32 q41 2 7 10 chromosome 3 11 8 3 9 12 chromosome 5 des polyglutamines sont essentiels 17 18 47 Ces tudes sont en cours dans plusieurs laboratoires et sont fond es sur l utilisation des tech niques de double hybride dans la levure 48 49 de transfection de cellules nonneuronales 18 et de transgen se chez la souris 18 19 22 Coupl es au criblage de banques combinatoires de peptides ou de compos s organiques 50 de telles recherches pourraient permettre la
14. mutations se traduisent sur le plan clinique par un ph nom ne d anticipation crit re 1 savoir l apparition des sympt mes dans les familles de malades de plus en plus pr coce au cours des g n rations due l augmentation progressive de la taille du triplet r p t Il est pos sible de d tecter des expansions CAG directement dans l ADN des malades l aide de la technique RED repeat expansion detection crit re 2 sans toutefois pouvoir les localiser ou clo ner les g nes qui les portent 25 Cette technique ne constitue pas un outil de diagnostic mais permet sim plement de supposer l implication d une expansion sous r serve qu elle s gr ge avec la maladie Enfin l utili m s n 12 vol 12 d cembre 96 sation d un anticorps monoclonal 1C2 capable de d tecter une expan sion Gln sur weslern blot partir de lym phoblastes de malades crit re 3 4 permet de pr ciser la nature codante d expansions CAG d tect es en RED R cemment une autre approche a t d crite la d tection cytog n tique d expansions CAG directement au niveau des chromosomes de malades par FISH fluorescent in situ hybridization m s n 5 vol 12 p 653 26 L efficacit r elle de cette approche reste d finir L utilit de l anticorps 1C2 est en cours d valuation pour le clonage d expression des g nes de SCA2 et SCA7 maladies pour lesquelles la s gr gation des expansions Gin d tect es
15. proces m s n 12 vol 12 d cembre 96 sus d apoptose mais dans le cadre du mod le gain de glutamines les ph nom nes de neurod g n res cence dans la maladie de Huntington resteraient en premier lieu li s au d ficit du partenaire HAP sous sa forme libre m s n 4 vol 12 p 535 Il semble aussi que les peptides poly glutamines la huntingtine et l atro phine Il interagissent avec la GAPDH glyc rald hyde 3 phosphate d shy drog nase m s n 6 7 vol 12 p 852 une prot ine dont linte raction avec des domaines riches en Gln est bien connue 23 Cela est aussi vrai pour l ataxine l H Zoghbi communication personnelle L inter action de la GAPDH avec plusieurs prot ines de maladies apporte peu d l ments pour comprendre le ciblage des neurod g n rescences car la GAPDH est une enzyme ubi quitaire Enfin la mise en vidence d un complexe prot ique contenant la calmoduline et la huntingtine partir d extraits de cerveau de rat 24 ainsi que la r tention accrue de la huntingtine humaine par la calmo duline sur colonne d affinit lorsque son domaine polyglutamine est de taille anormale 24 permet tront peut tre de mieux com prendre l tiologie de la maladie de Huntington Expansion CAG et familles de malades d tection et interpr tations Trois crit res permettent de suppo ser l existence de mutations dyna miques dans les familles de malades Ces
16. tableau clinique est principalement une cataracte zonulaire Sa transmission est autoso mique dominante m nes d anticipation pourraient en outre proc der de ph nom nes g n tiques n ayant lieu que dans des conditions sociologiques particu li res comme les mariages entre malades 34 Quelles que soient les conclusions des recherches accom plies sur les expansions CAG dans la schizophr nie ou la psychose maniaco d pressive la prudence est de rigueur un assez grand nombre de malades a t il t tudi Les risques de biais dans les diagnostics effectu s comme les ph nocopies ont ils t correctement valu s Plu sieurs tudes de localisation g n tique illustrent maintenant la nature g n tique complexe de la schizo phr nie 35 et de la psychose maniaco d pressive 36 Les faibles valeurs obtenues dans les tudes de haison g n tique par exemple pour la psychose maniaco d pressive 37 38 ne sont pas compatibles avec la notion d un g ne majeur respon sable de la maladie Il est donc n ces saire d effectuer les recherches d expansions sur un grand nombre de familles si possible larges et issues d isolats comme la communaut Amish de Pennsylvanie 37 ou les familles de la Vall e Centrale au Costa Rica 38 et recrut es dans le cadre d actions concert es utilisant des protocoles standardis s de d fini tion clinique Il appara t aussi judi cieux de rechercher des expansions
17. amine stretches in proteins encoded by CAG repeats in the genes of spinocerebellar ataxia 1 Huntington s disease and den datorubral pallidoluysian atrophy have been identified Protein protein interac tions may account for the selective neu rodegeneration observed in each disease The survey of potentially expan ded triplet repeats in genomic DNA cDNAs and proteins is providing the scientific community with an increasing number of candidate genes These approaches should also permit the puta tive role of dynamic mutations in neuro psychiatric diseases to be further docu mented These multifactorial diseases indeed show complex clinical and gene tic traits and are probably polygenic Large scale testing of patients and their families is the only way to detect all muta tions involved As for therapeutic approaches the search for lead com pounds with ability to block the gains of function subsequent to glutamine expan sion in neurodegenerative disease pro teins may be promising m s n 12 vol 12 d cembre 96
18. appro cher de l oligom risation de l inhibi teur de la chymotrypsine 2 provo qu e par incorporation artificielle d un domaine polyglutaminique Gln n 20 L acquisition de nou velles propri t s par les polygluta mines la suite de leur expansion pourrait donc provoquer la d g n rescence du neurone selon deux modes impliquant soit la prot ine de maladie enti re soit ses fragments de prot olyse Dans ce cadre l hypo th se initiale de l implication des transglutaminases et des prot ases du cerveau dans l accumulation anor male de r sidus Gin Lys provenant de la d gradation de complexes entre les r sidus de l expansion Gln et les r sidus Lys des prot ines du cerveau reste aussi clarifier 21 Il n existe pas de donn es publi es sur la struc ture tridimensionnelle des prot ines portant des expansions de polygluta mines si ce n est les propri t s apo laires de peptides synth tiques conte nant plus d une dizaine de r sidus Gln probablement dues des replie ments en feuillet B 20 L tude de la huntingtine a permis d obtenir d autres donn es sur la bio logie et la biochimie des prot ines polyglutamines L inactivation des deux all les de l analogue du g ne HD chez la souris conduit une d g n rescence cellulaire impor tante au niveau de l ectoderme et la mort de l embryon au bout de dix jours 22 Cela sugg re que la hun tingtine normale retarde les
19. autres que les r p titions CAG voire d autres types de mutations permet tant de mieux comprendre pourquoi les tableaux cliniques sont aussi vari s et se superposent parfois au sein d une m me famille susceptibi lit multiple Clonage des g nes alternatives ADNc humains et CAG CTG n Clonage positionnel ou recherche de g nes candidats La recherche de g nes candidats semble bien adapt e au probl me des maladies neurod g n ratives monog niques puisqu un grand nombre d entre elles seraient dues des expansions de triplets r p t s ainsi qu aux maladies psy chiatriques du fait de leur nature polyg nique La recherche de g nes candidats est entreprise partir d chantillons de malades ADN ou sm 1365 25 Schalling M Hudson TJ Buetow KH Housman DE Direct detection of novel expanded trinucleotide repeats in the human genome Nature Genet 1993 4 135 9 26 Haaf T Sirugo G Kidd KK Ward DC Chromosomal localization of long trinu cleotide repeats in the human genome by fluorescence n situ hybridization Nature Genet 1996 12 183 5 27 Gispert S Lunkes A Santos N Orozco G Ha Hao D et al Localization of the can didate gene D amino acid oxidase outside the refined 1 cM region of spinocerebellar ataxia 2 Am J Hum t 1995 57 972 5 28 Benomar A Krols L Stevanin G Cancel G Le Guern E et al The gene for autoso mal dominant cerebellar with pigmentary macular dystroph
20. e des clones d ADNc s lectionn s au CEPH 45 Cela sugg re qu aucune approche ne garantit un inventaire complet des candidats au niveau des banques analys es et qu il est n ces saire de poursuivre la recherche de nouvelles r p titions trinucl oti diques candidates l expansion W Notamment sur le serveur WWW du consortium IMAGE Lawrence Livermore National laboratory CA USA contact Dr G Lennon Triplet repeats neurodegenerative and neuropsychiatric diseases mecha nisms and candidate genes Initially found to be the causative muta ton for the fragile X syndrome the expansion of polymorphic triplet repeats CGG CAG CTG or GAA in human transcripts or introns dynamic muta tions is a new class of mutations for genetic diseases CAG expansion in coding sequences is a generalized model for the molecular pathogenesis of several inherited neurodegenerative diseases Dynamic mutations could also be invol ved in neuropsychiatric diseases such as bipolar affective disorder and schizo phrenia Over the past three years new methodologies have been developed in order to characterize dynamic mutations in patients as well as to rapidly clone the disease genes The detailed analysis of known dynamic mutations and their consequences at the cellular level leads to a better understanding of the biologi cal and biochemical mechanisms under lying these diseases Specifically several proteins interacting with polyglut
21. e fonction gain de gluta mines est tr s probablement en cause la formation d interactions de forte affinit entre les prot ines de la maladie et des prot ines parte naires serait l origine de la d g n rescence pr matur e de certaines m s n 12 vol 12 d cembre 96 Maladies Mode Localisation G ne R p tition Nombre de r p titions Biais de trinucl otidique de transmission Type Localisation Normal Pr mut Malade transmission FRAXA Li l X Xq27 3 FMR 1 CGG 5 6 54 50 200 200 Maternelle non traduit 4000 Prot ine 3 DM Dominant 19q13 3 myotonine GTG non traduit 5 30 nd 45 Maternelle kinase 3000 Paternelle AF R cessif 9q13 X25 GAA Intron 7 22 nd 200 900 Maternelle SBMA Li lX Xq11 12 RA CAG R gion 17 26 nd 40 62 Paternelle codante SCA1 Dominant 6p22 23 Ataxine 1 CAG R gion 6 39 nd 41 81 Paternelle codante SCA3 Dominant 14q24 3 32 MJD 1 CAG R gion 13 36 nd 68 79 Paternelle MJD codante DRPLA Dominant 12p12 ter atrophine CAG R gion 7 23 nd 49 75 Paternelle 1 codante HD Dominant 4p16 3 I 157 CAG R gion 11 34 nd 37 121 Paternelle codante Tableau MALADIES TRIPLETS R P T S Les trois premi res maladies indiqu es correspondent aux expansions de grande taille les cinq suivantes aux expansions mod r es FRAXA syn drome de l X fragile SC A1 ataxie spinoc r belleuse
22. ement exhaustive du fait de la nature partielle des clones d ADNC mais pr cise dans les infor mations apport es c est l approche qui a t choisie au CEPH Nous avons proc d au criblage grande chelle d ADNc humains de r f rence clones d ADNc num rot s et accessibles tout utilisateur pour la pr sence de r p titions CAG n polymorphiques Cribler des ADNc par hybridation avait d j t entre pris 41 42 mais de fa on ponc tuelle et non exhaustive Nous avons fond notre approche sur l hybrida tion stringence lev e de 100128 clones d ADNcC de cerveau humain et sur l analyse de plus de 200 000 s quences partielles EST expressed sequence tag disponibles dans la banque de donn es Genbank et repr sentant environ 50000 g nes uniques exprim s dans diff rents tis sus 43 Le s quen age des ADNc s lectionn s par hybridation et repr sentant de nouveaux g nes l analyse de polymorphisme dans 40 ADN de r f rence du CEPH la localisation des meilleurs candidats au niveau des hybrides somatiques et des YAC 44 et la recherche des cadres de lecture ouverts ont permis une caract risa tion pr cise des candidats obtenus 45 Actuellement 23 longues r p titions CAG n 9 lt n lt 29 ont t identifi es 9 sont polymorphiques dont 3 fortement polymorphiques Nos donn es montrent que les r p tions CAG n gt 9 sont tr s rares dans les ARN messagers de cerveau
23. les r p titions CGG GCC ou CAG CTG contenant au moins 25triplets pourraient tre sujettes expansion du fait de struc tures secondaires en pingle che veux plus stables dont la formation serait favoris e par la pr sence de deux nucl otides C G dans le triplet 8 Cependant la d couverte r cente d une expansion GAA de grande taille jusqu 800 r p ti tions responsable de l ataxie de Frie dreich remet ce concept en cause et plus largement les tentatives de mod lisation de l expansion 2 3 L importance des d s quilibres de liaison entre mutations dynamiques FRAXA DM HD SCA3 DRPLA et structure interne de la r p tition tri nucl otidique FRAXA 9 ou mar queurs polymorphiques proches 10 12 sugg re des effets fondateurs pour l expansion Par ailleurs les mutations dynamiques semblent sp ci fiques de l homme parmi les mammi f res Ainsi les analogues murins des g nes de HD SBMA SCAI et SCA3 contiennent des r p titions CAG n courtes n lt 5 et invariables chez le chimpanz les ph nom nes de poly morphisme sont plus mod r s que chez l homme du fait de nombreuses mutations ponctuelles au niveau des r p titions CAG qui limiteraient les risques d expansion 13 14 Gain de glutamines coop rativit dans le ciblage des neurod g n rescences Quelles sont les cons quences intra cellulaires des expansions de CAG codant pour des polyglutamines Un gain d
24. par 1C2 avec le ph notype malade indique clairement une mutation dynamique CAG codante 27 28 Existe t il des maladies autres que SCA et SCA7 caus es par l expansion de triplets r p t s Des ph nom nes d anticipation ont t observ s pour la d mence fami liale la maladie de Parkinson et le syndrome de Marner en g n ral au niveau d une seule famille ce qui est insuffisant pour conclure quant au r le d une expansion D autres observations fond es sur au moins deux des crit res mentionn s ci des sus anticipation expansion CAG dans l ADN laissent penser que les formes familiales de la psychose maniaco d pressive 29 30 et de la schizophr nie 30 32 pourraient tre en tout ou en partie attribu es une mutation dynamique CAG Si les tudes de d tection des expan sions sont d interpr tation relati vement ais e pour les maladies neu rod g n ratives monog niques s gr gation mend lienne avec le ph notype malade il n en est pas de m me pour l tude des familles atteintes de maladies psychiatriques La variabilit des tableaux cliniques fait que la d finition de ces maladies est plus difficile 33 Schizophr nie et psychose maniaco d pressive sont des maladies polyfactorielles et g n tiquement h t rog nes ce qui rend complexe l analyse g n tique m s n 8 9 vol 12 p 1001 Les ph no D crit en 1949 il fait partie des cataractes h r di taires dont le
25. pharmacocin tiques des mol cules identifi es reste ront des param tres determinants pour la r ussite d une approche de ce type Plusieurs nouveaux g nes candidats pour les maladies expansion CAG ont t identifi s partir de l ADN g nomique ou des ADNc et sont en cours d analyse la recherche d une expansion dans les familles de malades chaque fois que celles ci ont t localis es dans les r gions candi dates de maladies neurod g n ra tives monog niques ils sont plus sys t matiquement recherch s pour les maladies psychiatriques du fait de leur caract re polyg nique et de la faiblesse des localisations g n tiques Outre les groupes de g nes candidats dont sont caract ris s la s quence le caract re polymorphique et la locali Summary sation dans le g nome humain il existe des listes brutes de clones d ADNc de r f rence s lectionn s par hybridation CAG ou CGG Les recherches de g nes candidats les plus r centes sont fond es sur des analyses grande chelle et laissent esp rer un inventaire complet des r p titions trinucl otidiques poten tiellement instables dans les g nes humains La comparaison des don n es publi es par diff rents labora toires montre qu il existe peu d l ments en commun entre les divers groupes de clones candidats obtenus Ainsi le groupe de candidats ADN g nomique s lectionn s par Gastier et al 40 ne contient pas l ensembl
26. to abnormal rotein interactions involving calmodulin oc Natl Acad Sci USA 1996 93 5037 42 Partenaire abondant dans les zones Z s Expansion Gin dans la prot ine Prot ine A D Faible affinit pas de maladie Gin n Forte affinit neurod g n rescence des zones Z Figure 1 Sch ma tisation du mod le du gain de fonc tion des expan sions polygluta miniques Avant expansion la prot ine de mala die qui porte un domaine polyglu taminique Gln n de taille normale ainsi que sa pro t ine partenaire dans le syst me nerveux sont Capa bles d interagir faible affinit et sont disponibles poureffectuer leurs fonctions en particulier dans la cellule neuro nale A la suite de l expansion du domaine Glinin cette interaction s op re plus forte affinit et la moindre disponi bilit du parte naire sp cifique ment synth tis dans le SNC con trairement la prot ine provoque la d g n rescence de populations neuronales dans les zones SNC o il est plus fortement pr sent zones Z L hypoth se selon laquelle des fragments de prot olyse de la prot ine pourraient participer l tiologie des maladies expansion de polyglutamines n est pas repr sent e sur ce sch ma indiquent que la pr sence d une expansion Gln dans une prot ine lui conf re des propri t s anormales d interaction avec elle m me ou avec d autre prot ines r sultats r
27. ts l expansion qui pourraient tre en cause dans expansion de triplets r p t s CGG CAG CTG ou GAA est des affections aux m canismes g n tiques encore inconnus l origine de huit es h r ditaires Tableau 1 L retard mental li l X fragile FRAXA l atrophie musculaire spi nabulbaite SBMA la dystrophie myotonique DM l ataxie spinoc r belleuse de type 1 SCAI la mala die de Machado Joseph MJD ou ataxie spinoc r belleuse de type 3 SCA3 l atrophie dentatorubro pal lidoluysienne DRPLA la maladie de Huntington HD m s n 4 vol 10 p 472 et l ataxie de Frie dreich AF 1 3 DM SCAI SCA3 et HD sont des maladies transmises en dominance D une fa on g n rale la longueur des r p titions tri nucl otidiques impliqu es dans les huit maladies ci dessus est fortement polymorphique dans la population normale Le passage d un all le nor mal un all le mut semble progres sif et il existe un seuil pathologique dans la taille des triplets r p t s 1361 R F RENCES ammm l Willems PJ Dynamic mutations hit double figures Nature Genet 1994 8 213 5 2 Campuzano V Montermini L Dolores Molt M Pianese L Coss e M et al Frie dreich s ataxia autosomal recessive disease caused by an intronic GAA triplet repeat expansion Science 1996 271 1423 7 3 Koenig M Campuzano V Coss e M Mandel JL Ataxie de Friedreich les expan
28. ur commun des diff rentes maladies expansion CAG Elle diff re sur ce point d une tude pr c dente de transgen se chez la souris fond e sur l utilisation d un ADNc complet SCA1 82 r p ti tions CAG et ayant conduit l apparition tardive d un ph notype ataxique m s n 2 vol 12 p 258 19 Dans ce cas on n a observ aucun agr gat sur coupes de cerveau apr s incubation avec un anticorps contre l ataxine 1 On n observait pas non plus avec ce m me anticorps de signaux sur western blot caract ris tiques de la formation de complexes prot iques Ces deux travaux 18 19 memmmmmm 1363 1364 13 Djian P Hancock JM Chana S Codon repeats in genes associated with human diseases fewer repeats in the genes of non human primates and nucleotide substitu tions concentrated at the sites of reitera UE Proc Natl Acad Sci USA 1996 93 14 Limprasert P Nouri N He Nopparatana C Kamonsilp M Deininger PL Keats BJB Analysis of CAG repeat of the Machado Joseph gene in human chim panzee and monkey populations a variant nucleotide is associated with the number of repeats Hum Mol Genet 1996 5 207 an RA 15 Housman D Gain of glutamines gain of function Nature Genet 1995 10 3 4 16 Ross CA When more is less pathoge nesis of glutamine repeat neurodegenera tive diseases Neuron 1995 15 493 6 17 Li XJ Li S H Sharp AH Nucifora Jr FC Schilling G Lanahan A Worley P
29. y maps to chromosome 3p12 p21 1 Nature Genet 1995 10 848 29 Lindblad K Nylander PO De Bruyn A Sourey D Zander C et al Detection of expanded CAG repeats in bipolar affective disorder using the De expansion detec tion RED method Neurobiol Disease 1995 2 55 62 30 O Donovan MC Guy C Craddock N Murphy KC Cardno AG Jones LA Oven MY McGuffin P Expanded CAG repeats in schizophrenia and bipolar disorders Nature Genet 1995 10 380 1 31 Thibault F Martinez M Petit M Jay M Campion D Further evidence for anticipa tion in schizophrenia Psychiatry Research 1995 59 25 33 32 Morris AG Gaitonde E McKenna PJ Molion JD Hunt DM CAG repeat expan sions and schizophrenia association with disease in females and with early age at onset Hum Mol Genet 1995 4 1957 61 33 Tsuang MT Faraone SV Lyons MJ Identification of the phenotype in psychia tric genetics Eur Arch Psychiatry Clin Neu rosci 1993 243 131 42 34 Spence MA p Elston RC Falk C Hodge SE Ott J Rice J Merikangas K Kupfer D Methodological issues in linkage analyses for psychiatric disorders secular trends assortative mating bilineal pedigrees Report of the McArthur Foundation Network I Task Force on Methodological Issues Hum Hered 1995 43 166 72 35 Moises HW Yang L Kristbjarnarson H Wiese C Byerley W et al An international two stage genome wide search for schizo ee TE us genes Nature Genet 995 11
Download Pdf Manuals
Related Search