6b. La génétique médicale Flashcards
Cinq étapes essentielles du séquençage de la nouvelle génération (NGS, Reséquençage) en clinique
- ADN: qualité; source
- Sélection ou non
- Séquencage: parallèle
- Informatique
- Interprétation
Sélection panel
Enrichir pour tous les gènes connus qui sont impliqués dans une maladie (ex: cardiomyopathie, déficience intellectuelle)
Sélection exome
Enrichir pour toutes les séquences codantes
Sélection génome
Moins d’enrichissement. Séquences hautement répétés non-étudiées
Enrichissement (for exome sequencing)
Oligonucléotides correspondant à la séquence des exons et portant des billes métalliques. Ils reconnaîtront et ils adhéreront aux fragments d’ADN exoniques (oligonucleotide linkers)
Amplification
- Solid-phase amplification is composed of 2 basic steps: initial priming and extending of the single- stranded, single-molecule template,
and bridge amplification of the immobilized template with immediately adjacent primers to form clusters (for immobilizing single-molecule templates to a solid support involves immobilization by a primer and for increasing the signal) - Emulsion PCR (emPCR)
Comment repérer les variantes délétères? (3)
- Le patient: quels signes cliniques?
- Le gène: est-ce raisonnable de penser que le gène serait responsable de la maladie du patient?
- La variante: est-ce cette séquence est délétère?
Signes d’une mutation délétère (6)
- Mutation déjà décrite et démontrée comme délétère
- Change un résidu démontré comme essentiel pour la fonction
- Bioinfo: Mutation d’un résidu hautement conservé dans l’évolution; mutation « sévère » [change le cadre de lecture (« frameshift »), terminaison précoce, qui oblitère l’épissage d’un exon essentiel, autre changement radical]
- Prévalence dans les bases de données (personnes atteintes > personnes non-atteints) (varie selon la mode de transmission et la quantité de données)
- Mutation de novo. (Il faut documenter l’absence de la mutation chez les parents et documenter que les échantillons proviennent des parents biologiques)
- Co-ségrégation avec la maladie (la valeur de ce critère augmente avec la quantité des données familiales)
L’épigénétique
L’ADN est décoré par des modifications et par des protéines comme les histones. Ceci altère l’expression des gènes.
Quelles est la modification épidémique principale de l’ADN?
La méthylation
La méthylation
Seulement sur C dans la séquence CG (i.e. 5’ CpG 3’). Les dinucléotides CpG ne sont pas tous modifiés: le processus est sélectif. Il est très important pour la régulation tissu-spécifique, pour la génétique des cancers et pour le développement prénatal
La Génétique Biochimique (Génétique fonctionnelle; génétique physiologique) (3)
- Erreurs innées du métabolisme (Maladies monogéniques)
- Enzymes et transporteurs (Génome humain: ~ 2000 enzymes; ~ 2000 transporteurs)
- De façon plus large, génétique et biologie cellulaire; aspects génétiques des maladies génétiques complexes du métabolisme; fonction dynamique de la cellule
Phénylcétonurie (PCU)
- Un exemple d’une maladie métabolique héréditaire classique
- Une augmentation de l’acide aminé phénylalanine, causée par une déficience de l’enzyme phénylalanine hydroxylase (PAH)
- Maladie à transmission autosomique récessive
La phénylcétonurie: quelques chiffres
- Entre 70 000 et 100 000 enfants testés chaque année (99% des naissances)
- Âge au prélèvement: 2 jours
- Âge du prélèvement à la réception: 5 jours
- 1er prélèvement conforme: 99.5%
- Temps de réponse < 3 jours
La phénylcétonurie: diagnostic
- Dépistage ≠ diagnostic
- Chromatographie des acides aminés
[Phé] vs âge
Analyse rétrospective de [phé] sanguin (moyenne ± 2 DS), selon l’âge néonates qui porte un diagnostic confirmé de PCU
La phénylcétonurie: pathophysiologie et traitement
- Le PAH est exprimé dans le foie.
- Dans la PCU, le foie ne peut pas dégrader la phénylalanine
- Un niveau élevé de phénylalanine circulant est toxique pour le cerveau. Il cause une déficience intellectuelle.
- Le traitement consiste à maintenir un taux normal de phénylalanine dans le sang pour permettre un développement normal
La phénylcétonurie: Traitement diététique
Pour un enfant phénylcétonurique normal à terme (3.5 kg):
1. Tolérance moyenne en phé, 200 mg / jour
2. Consommation de lait, ~ 600 mL / jour (= enfant normal)
Quel est le problème du traitement diététique de la phénylcétonurie d’un bébé?
Si une source naturelle de protéine est utilisée, il ne fournit pas un apport normal de volume ou des autres nutriments essentiels. En contrepartie, si on offre des aliments naturels à la satiété, les apports en phé seront excessifs
Quel est la solution du traitement diabétique de la phénylcétonurie d’un bébé?
Aliments thérapeutiques qui sont riches en les autres acides aminés et les autres aliments mais où la phé est réduite ou absente
Tolérance PCU
Quantité maximale de phénylalanine diététique qui permet un taux sanguin acceptable
Qu’est-ce qui détermine la tolérance?
Révisons le métabolisme des protéines et des acides aminés
Conclusions PCU: métabolisme protidique (3)
- La tolérance pour la phénylalanine variera selon l’état physiologique
- Les gènes autres que le PAH pourraient exercer une influence majeure sur la tolérance
- Différents patients = différentes tolérances
Variables physiologiques du métabolisme protidique PCU (2)
- Infections: catabolique
- Croissance : anabolique
Variantes cliniques (2)
- Hyperphénylalaninémie
- PCU atypique (« maligne »)
Hyperphénylalaninémie, non-PCU
- Relation non-linéaire entre [phé] et activité PAH
- Autosomal récessif
Bioptérine (cofacteur)
- Tout enfant dépisté pour PCU est évalué pour des concentrations des précurseurs de la BH4
- Peuvent répondre à une supplémentation en tetrahydrobioptérin (BH4) surtout pour signes périphériques (ex hyperphénylalaninémie). Les signes neurologiques ne répondent pas à l’administration systémique de BH4. Supplémentation de DOPA
Maladies génétiques complexes: Concept
Allèles répandus et souvent prévalents dans la population et gènes de prédisposition (vs maladies mendéliennes où les allèles sont rares et leurs effets individuels sont très forts)
Maladies « monogéniques »
Un seul gène suffit pour déterminer si l’individu sera malade
Maladies « polygéniques » (Maladies génétiques complexes)
- Plusieurs influences génétiques sont nécessaires pour le développement de la maladie. Aucun gène, seul, est déterminant
- Des facteurs non-génétiques peuvent jouer un rôle, ex, les habitudes de vie ou les conditions de travail saines ou malsaines, l’adhésion aux prescriptions des médicaments…
- Les variantes génétiques peuvent protéger ou prédisposer l’individu au développement de la maladie
Maladies « monogéniques »: expressivité variable
Pour toute maladie génétique, même pour les maladies à transmission mendélienne, plusieurs influences génétiques et environnementales entrent en jeux pour déterminer la sévérité de l’atteinte
Rapport génotype-phénotype (3)
- Maladies monogéniques classiques
- Phénocopies
- Maladies multifactorielles (maladies génétiques complexes)
Maladies monogéniques classiques
Génotype détermine phénotype
Ex: L’anémie falciforme: prédiction du génotype à partir du phénotype et du phénotype à partir du génotype
Phénocopies
Plusieurs génotypes possibles pour un phénotype donnée (ex: individu de grande taille – différentes combinaisons des allèles des différents gènes qui influencent la taille peuvent l’expliquer)
Maladies multifactorielles (maladies génétiques complexes)
Prédispositions qui ne permettent pas une prédiction du phénotype à partir du génotype (La PÉNÉTRANCE est incomplète)
Mitochondrial Functions (8)
- Energy production (aerobic)
- Production & sequestration of reactive oxygen species (ROS)
- Fatty acid (FA) oxidation, ketogenesis (liver), ketolysis (extrahepatic including brain)
- Apoptosis (cytochrome c)
- Amino acid (AA) degradation (part of it)
- Urea cycle (part of it)
- Heme / porphyrin synthesis (part of it)
- Steroidogenesis (part of it)
Combien d’ATP/glucose sont produit par chaine respiratoire?
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2 types génétiques des maladies mitochondriales héréditaires
- Gènes nucléaires (La majorité. Autosomiques ou liés au chromosome X)
- Gènes à transmission mitochondriale (maternelle). Le génome mitochondrial est présent dans des centaines de copies dans la plupart des cellules. À la fertilisation, seulement l’œuf transmet des mitochondries à la progéniture
Mitochondrial Protein Entry (5)
- La grande majorité des protéines mitochondriales sont d’origine nucléaire
- Transcription et traduction à partir d’un gène nucléaire
- La protéine a une séquence de tête (“leader sequence”) en N-terminal
- Cette séquence est reconnue par des translocases des membranes mitochondriales, par lesquels il gagne la matrice mitochondriale (complexes “translocase of the outer membrane” (TOM) et inner membrane (TIM)).
- La séquence de tête est clivée lors de l’entrée à la matrice mitochondriale.
ADN mitochondrial
- Chromosome (circular, ~ 16.5 Kb)
- Copies (1000/cell; 2-10/ mito)
- Genes: Prot: 13 respiratory chain subunits plus all translaional machinery (tRNAs, rRNAs)
- Distinct genetic code (Ex: TGA = Tryptophan, NOT Stop)
- Genomic replication & stability (polymerase gamma (PolG) & mutation rate ↑10 > nucleus)
Exemple d’une mutation ponctuelle d’ADN mitochondrial
Hétéroplasmique, dans le gène de l’ARNt mitochondrial de la leucine (UUR), associée au syndrome « MELAS »
Mitochondrial DNA (mtDNA) Genetics (2)
- Mitotic segregation: heteroplasmy vs homeoplasmy; not all cells get the same mutational load (ex. LHON disease)
- Meiosis: Maternal transmission
L’Atrophie optique de Leber (LHON, Leber hereditary optic neuropathy) (3)
- Perte indolore de la vision centrale d’un œil ou des deux yeux
- L’autre œil suit après quelques jours, quelques mois ou rarement quelques années. Très rarement, un seul œil est atteinte
- À la microscopie électronique, prolifération focale des mitochondries
