place de l'adn mitochondrial en pathologie...
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Place de l'ADN mitochondrial en pathologie humaine
Les Challenges à relever?
27 Septembre 2012Meetochondrie
Vincent Procaccio, Angers
Mitochondrie
Noyau
ADN mitochondrial
MitochondrieMitochondrie estestsoussousll ’’ influenceinfluence de de 2 g2 géénomesnomes
Mutations ADN Nucléaire
MutationsADN mitochondrial
Génétique Mitochondriale
ADN de transmission maternelle2 à 10 copies ADNmt/mitochondrieCentaines à milliers de mitochondries/cellule
Hétéroplasmie mitochondriale
Ségrégation aléatoire au cours des divisions cellulaires
Correlation entre le taux de mutation et la sévérité du déficitNotion d’effet seuil
F
V
LUUR
T
PE
LCUN
SAGY
H
ND5ND6
ND4
ND4L
ND3R
COIIIG
ATPase6/8KCOIID
SUCN
COI
AN
CY
W
ND2
IM
Q
ND1
16S
12S
D-loopCyt.b
D
EL
E
T
I
ON
S
3243A->GMELASCPEODDM
tRNA-Ile mutationsCARDIOPATHY
8344A->GMERRF
tRNA-Ser mutationsDEAFNESS
1555A->GDEAFNESS (aminoglycosides)
cyt. b mutationsMYOGLOBINURICMYOPATHY
8993T->GNARP/MILS
3460G-A11778G->A14484T->CLHON
PEO, KSS, Pearson
Maladies mitochondriales représentent un large spectre d’atteintes cliniques reflétant la
dépendance énerg étique des organes
Pathologies MitochondrialesPathologies les plus communes erreurs du métabolisme
Prévalence : 1/5000 mais sous-estimation probable ! (Shaefer et al, 2008)
Taux de mutations de l’ADNmt: varie en fonctiondes études (5-20%)
FréquencePorteurs asymptomatiques mutations ADNmt : 1/200 (Eliot H et al, 2008)
Vieillissement
Maladies Mitochondriales
Autres maladies rares
Cancer Stress & maladies métaboliques
> 300 entités~ 100,000 patients en EU
« Growing Old: The most common mitochondrial
disease of all ? » Anita Harding, 1992, Nat. Genet.
Maladies Neurodegeneratives(Parkinson et Alzheimer)
Amélioration du Diagnostic MitochondrialAmélioration du Diagnostic Mitochondrial
1er Challenge
Amélioration du Diagnostic Mitochondrial
Projet National de l’Etude du Génome mitochondrial(V Paquis-Flucklinger)
Amélioration du Diagnostic Mitochondrial
Projet National de l’Etude du Génome mitochondrial(V Paquis-Flucklinger)
Bannwarth et al, in preparation
• Objectifs:– Analyse de 750 patients
– Recrutement sur toute la France/10 centres mitochondriaux
– Durée 3 ans
– Techniques: Surveyor + Puce resequencageADNmt
Analyse systématique et exhaustive de l’ADN mitochondrial
Résultats20 à 30% des patients porteurs d’une anomalie
génétique de l’ADN mitochondrial
• Devant un tableau de pathologie mitochondrialeCriblage total de l’ADN mitochondrial
• 2eme Challenge:– Volume et Interprétation des données– Apport des nouvelles technologies
Mutation ou Polymorphisme ?
• 254 mutations codantes• 283 mutatios ARNt/ARNr
• 5648 polymorphismes mtDNA
• L’ADNmt évolue 10-15 plus que l’ADN
nucléaire
Mitochondrial Mitochondrial
PolymorphismsPolymorphisms
Pathogenic Pathogenic
mutationsmutations
web-based analytical tool for analyzing mitochondrial sequence variation
Mitomaster
Pour répondre à ce challlenge
Curation of mutations for which disease-associations have been proposed by the referenced publications
Mitomap
www.mitomap.org
Buts:
- Nouvelle base de données centralisée- Comité Expertise international
Soutiens: Human Variome Project NCBI/NIH
Consortium Mitochondrial International
Une maladie mitochondriale commune:Syndrome de MELAS
Episodes accidents vasculaires < 40 ans
Epilepsie
Début vers l’âge de 10 ans
Atteinte cardiaque
Acidose lactique
Episodes accidents vasculaires < 40 ans
Epilepsie
Début vers l’âge de 10 ans
Atteinte cardiaque
Acidose lactique
BoucleDCytb
ND5
ND4
ND4L
ND3
COII I
ATPase6
ATPase 8
COII
CO I
ND2
ND1
GIM
L
VF TP
E
ND 6
L SH
R
GS
A NC Y
W
D K
ARNr12S
Complexe I
Complexe III
Complexe IV
Complexe V
ARNr16SA3243G
Mutations ADN mitochondrial
Phénotype extrèmement variable
Comment moduler le taux de mutation?Concept de l’hétéroplasmie shifting
Métabolisme glycolytique prédominant des cellules mutantesRationnel: Privilégier le métabolismeoxidatif afin de sélectionner les cellules non mutantes
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
Control 70%M 100%M LG 100%M
Com
plex
IV
/CS
rat
io
**,&
*0
0,5
1
1,5
2
2,5
Control 70%M 100%M LG 100%M
Com
plex
I/C
S r
atio
*
*,&
*
Low glucose : résultats (1)
Modifie le taux d’hétéroplasmie de 100% à 90% en 4 semaineset restaure les activités enzymatiques des complexes I et IV
Culture de cellules cybrides de type neuronal avec la mutation homoplasmique mutante 3243A>G MELAS dans un milieu low glucose
(Desquiret et al, 2012)
Low glucose : résultats (2)
(Desquiret et al, 2012)
Blue Native PAGE (NDUFB6)
Le passage à 90 % mutant restaure l’assemblagedu complexe I
Patient C.
• Patient 26 ans syndrome MELAS Troubles neurologiques importantsAccidents vasculaires itératifs - EpilepsieMis sous traitement arginine avec
amélioration temporaire
Après 10 jours : échappement au traitementTroubles neurologiques majeurs
L’utilisation de corps cétoniques réduit le taux d’hétéroplasmie mutant dans un modèle cellulaire avec délétions ADNmt
Rationnel du régime cétogène
Association régime low glucose + régime cétogène
Suivi du taux d’hétéroplasmiePassage de 98% mutant à 88 % en 4 semainesDiminution du taux d’hétéroplasmie sous régimecétogène
Amélioration clinique avec récupération totale
Septembre 2012 90% mutant
Projet THERAMIT (2011-2013)
• Fondation pour la Recherche Médicale
• Necker-Bordeaux-Brest-Orsay- GifAngers
• Modèles: levure, nématode, fibroblastes
• Criblage de molécules à haut débit: 12.000 molécules
Diagnostic et Recherche: Les questions• Mieux Diagnostiquer
• Comprendre la Physiopathologie
• Modèles cellulaires et animaux
• Thérapie– Pharmacologie– Identifier de nouvelles molécules
UPENN, USAD.C WallaceD.C Wallace
M M LottLott
DDéépartementpartement de de BiochimieBiochimie GGéénnéétiquetiqueCHU AngersCHU AngersP. P. ReynierReynier
D. D. BonneauBonneauP P AmatiAmati --BonneauBonneauM BarthM BarthC. C. VernyVernyV. V. DesquiretDesquiret--DumasDumasN. N. GueguenGueguenA.A. ChevrollierChevrollierM. M. FerreFerreD. D. LoiseauLoiseauA.A. GoislardGoislardG. G. LemanLeman
Hopital Necker, Paris
A A MunnichMunnichA A RotigRotig
JP JP BonnefontBonnefontAS AS LebreLebre
V Paquis-FlucklingerS. Bannwarth
CHU Nice
Réseau Francais MitoDiagnostic
Team TheramitJP Dirago (Bordeaux)M Blondel (Brest)G. Dujardin (Gif)A. Delahode (Orsay)