La génétique du syndrome de Rett

Le conseil génétique a pour objectif d’évaluer le risque de récurrence de survenue de la maladie au sein de la famille.

S’agissant d’une maladie dominante liée au chromosome X, pour la quasi-totalité (> 99,5 %) des filles atteintes de RTT, il n’y a pas d’antécédent similaire dans la famille. Il s’agit donc d’une situation unique dans la famille en rapport avec une mutation récente, survenue de novo chez l’enfant. De façon systématique, l’identification d’une modification du gène MECP2 chez l’enfant conduit à effectuer une analyse du gène chez ses parents pour confirmer l’absence de la mutation chez eux, donc survenue de novo chez l’enfant.

Dans de très rares cas, il a pu être observé que la mère de l’enfant atteinte du RTT porte la mutation du gène MECP2, sans exprimer la maladie ou exprimant des signes a minima jusqu’alors non reliés au RTT. Cette situation, hors du commun, pourrait être expliquée par une inactivation sélective du chromosome X mutée chez la mère. De même toujours de façon exceptionnelle, il peut s’agir de la transmission d’une mutation présente chez l’un des parents, mais à l’état de mosaïque gonadique. Le terme mosaïque gonadique décrit la présence de deux lignées cellulaires différentes (normale/mutée) confinées au niveau des cellules précurseurs germinales (spermatozoïdes ou ovocytes), non identifiée à partir d’un prélèvement sanguin, et expliquant ainsi que les parents ne présentent pas de signe de la maladie.

Chez un couple ayant une personne atteinte, qu’en est-il du risque de récurrence de la maladie pour un prochain enfant ?

La mutation étant unique dans la famille, le risque de récurrence est considéré comme très faible, si l’on tient compte de la situation exceptionnelle d’une mosaïque gonadique chez l’un des parents. Il est tout à fait possible, si les parents le souhaitent, de vérifier lors d’une prochaine grossesse que l’enfant à venir est bien indemne de la mutation. Un diagnostic prénatal est alors proposé par prélèvement de liquide amniotique au cours du deuxième trimestre de la grossesse (amniocentèse).

Pour la situation exceptionnelle d’une mère chez laquelle a été retrouvée la mutation délétère du gène MECP2, le risque de récurrence du RTT est de 50 %. Un diagnostic préimplantatoire pourra alors être proposé au couple lors d’un projet parental.

Qu’en est-il du risque de la fratrie bien portante ?

La mutation est unique à la personne atteinte, les frères et sœurs, indemnes de la maladie, ne portent pas la mutation du gène MECP2 observée chez leur sœur. N’étant pas porteurs de cette mutation, ils n’ont pas de risque de la transmettre à leur descendance, et leur risque d’avoir une enfant atteinte du RTT rejoint donc le risque de la population générale.

Qu’en est-il pour les oncles et tantes de la personne atteinte du RTT ?

Pour les oncles et les tantes, en l’absence de mutation du gène MECP2 chez la mère de l’enfant atteinte (situation habituelle), leur risque d’avoir un enfant avec un RTT rejoint celui de la population générale.

Dans le cas exceptionnel d’une mère qui porte la mutation délétère du gène MECP2, il conviendra de tester toutes les sœurs (tantes maternelles de l’enfant atteinte) pour vérifier l’absence de la mutation du gène MECP2.

Pr Philippe JONVEAUX, généticien (2016)

Dès la caractérisation de ce syndrome, une origine génétique liée au chromosome X a été supposée, sur la base de plusieurs arguments :

• l’affection ne touchait quasi exclusivement que les filles ;

• une dizaine de cas de jumelles monozygotes atteintes de ce syndrome avaient été identifiés (Coleman et al., 1987; Tariverdian et al., 1990) ;

• et la grande homogénéité clinique de cette affection était compatible avec une étiologie génétique. Ce mode de transmission génétique lié au chromosome X a été renforcé par l’existence, dans de rares familles avec fille (s) atteinte (s) d’un syndrome de Rett (RTT), de quelques garçons ayant une encéphalopathie gravissime entraînant la mort avant l’âge d’un an.

Bien que la plupart des cas de RTT soient sporadiques, l’existence d’une dizaine de cas familiaux (avec au moins deux filles atteintes dans une même famille) à travers le monde a permis de réaliser de laborieuses analyses de localisation génétique suggérant la localisation du gène en cause dans une région situéeà l’extrémité du bras long du chromosome X, dénommée Xq28. La recherche systématique d’anomalies moléculaires dans les gènes de cette région a permis à l’automne 1999 d’identifi er le gène Methyl-CpG binding protein 2 (MECP2) comme responsable d’un grand nombre de cas de RTT (Amir et al., 1999).

Actuellement, on considère que plus de 95 % des patientes présentant un RTT typique et 40 à 50 % des patientes présentant un RTT atypique sont porteuses d’une mutation à l’état hétérozygote (un seul des deux chromosomes X porte une mutation) dans MECP2 (Bienvenu et Chelly, 2006).

Le gène MECP2 et les mutations

Le gène MECP2, identifié en 1992 par l’équipe du Pr Adrian Bird, s’étend sur 76 kilobases (kb) et est constitué de quatre exons (Bienvenu and Chelly, 2006). Par un mécanisme d’épissage alternatif, ce gène code deux isoformes protéiques MECP2A (ou MECP2-e2) et MECP2B (ou MECP2-e1). Le transcrit MECP2A code pour une protéine de 486 acides aminés. Le transcrit MECP2B identifi é en 2004 ne diffère essentiellement du transcrit MECP2A que par l’absence de l’exon 2 et code pour une protéine de 498 acides aminés (Mnatzakanian et al., 2004 ; Kriaucionis and Bird, 2004).

Les mutations à l’origine des formes typiques et atypiques

Des mutations du gène MECP2 sont retrouvées dans plus de 95 % des cas de RTT typique. La plupart d’entre elles se produisent de novo dans la lignée germinale paternelle, ce qui explique ainsi pourquoi le RTT touche presque exclusivement les filles (Trappe et al., 2001 ; Girard et al., 2001). Les spermatozoïdes paternels ont en effet plus de risques de porter une mutation que les ovules maternels.

À ce jour, plusieurs centaines de mutations différentes ont été identifiées chez les patientes RTT (Bienvenu and Chelly, 2006 ; Christodoulou et al., 2003). Cependant, huit mutations ponctuelles représentent à elles seules environ 65 % de toutes les mutations identifiées : p.R106W, p.R133C, p.T158M, p.R168X, p.R255X, p.R270X, p.R294X, p.R306C. Les mutations identifiées dans MECP2 sont ainsi aussi bien des mutations faux-sens (substitution d’un acide aminé par un autre dans la protéine) ou non-sens (apparition prématurée d’un codon d’arrêt de la traduction) que des délétions et/ou insertions (perte ou gain de nucléotides) pouvant décaler le cadre de lecture. De grandes délétions, impliquant un exon entier voire plusieurs, et des délétions de la partie C-terminale sont retrouvées dans 15 à 18 % des cas (RettBASE : IRSF MECP2 Variation Database) Cette grande variabilité des mutations implique la nécessité de développer de nombreuses techniques complémentaires afin de rechercher les mutations dites ponctuelles et les remaniements moléculaires de grande taille.

Bien que la grande majorité des patientes porteuses d’une mutation du gène MECP2 remplisse les critères du RTT typique, on retrouve néanmoins une hétérogénéité clinique. Les délétions de la partie C-terminale ainsi que les mutations non-sens tardives (p.R294X) et certaines mutations faux-sens (p.R133C) sont associées à un phénotype « modéré », alors que les mutations non-sens précoces (p.R168X, p.R255X, p.R270X) présentent un phénotype sévère (Leonard et al., 2003 ; Charman et al., 2005 ; Bienvenu and Chelly, 2006 ; Neul et al., 2008). Toutefois, l’hétérogénéité des mutations n’explique pas à elle seule les variabilités phénotypiques du RTT. La variabilité clinique du syndrome de Rett est probablement due à des facteurs autres que le type de mutation du gène MECP2. Un de ces facteurs pourrait être l’inactivation du chromosome X et plus précisément du gène MECP2.

Les mutations du gène MECP2 chez les garçons

Quelques rares cas de RTT typiques ont été identifiés chez des garçons. Il s’agissait soit de mosaïques somatiques, soit de patients avec un syndrome de Klinefelter (46, XXY) et présentant une mutation du gène MECP2 (Jan et al., 1999).

Par la suite, des mutations de MECP2 ont été rapportées chez des garçons avec un caryotype normal, provoquant alors une encéphalopathie néonatale sévère et le décès dans la première année de vie.

D’autre part, des mutations retrouvées ni dans la population normale ni chez les patientes RTT, comme la mutation p.A140V, ont été identifiées chez des garçons présentant un large spectre de désordres neurologiques, allant de la déficience intellectuelle non spécifique à l’encéphalopathie sévère (Couvert et al., 2001 ; Dotti et al., 2002). La fréquence de mutations dans le gène MECP2 chez les garçons présentant une déficience intellectuelle est faible, de l’ordre de 0,5 % (Moncla et al., 2002 ; Yntema et al., 2002).

Les duplications du gène MECP2

Alors que la perte de fonction du gène MECP2 est associée au RTT, l’augmentation de l’expression de ce gène aboutit à une encéphalopathie très sévère chez les garçons. Dès 2005, des duplications de la région Xq28 comprenant MECP2 ont été rapportées chez des garçons avec un phénotype neurodéveloppemental progressif. Ces patients présentent un retard mental avec une hypotonie faciale et axiale, une spasticité progressive, des convulsions, des infections respiratoires fréquentes, aboutissant souvent à un décès prématuré (Van Esch et al., 2005). Les mères de ces garçons sont dans la quasi-totalité des cas porteuses de la duplication à l’état hétérozygote, et cependant asymptomatique grâce à un biais total d’inactivation du chromosome X en faveur de l’allèle normal.

À ce jour, près de 150 duplications distinctes et quelques triplications ont été décrites (Bijlsma et al., 2012 ; Sanmann et al., 2012).

La protéine MECP2

La protéine MECP2 a été identifi ée et étudiée en tant que membre du groupe des protéines de liaison à l’ADN méthylé (MBP methyl-binding protein) bien avant son implication dans le RTT (Lewis et al., 1992). L’étude de la structure de la protéine MECP2 a permis de mieux appréhender ses fonctions. La protéine MECP2 contient différents domaines fonctionnels dont un domaine hautement conservé de liaison à l’ADN méthylé au niveau des dinucléotides CpG dénommé domaine MBD (methyl-binding domain), et un domaine central de répression de la transcription dénommé domaine TRD (transcriptional repression domain). Elle est exprimée dans les neurones, mais aussi dans les cellules gliales, astrocytes, cellules progénitrices des oligodendrocytes, (Ballas et al., 2009 ; Maezawa et al., 2009) ainsi que dans la microglie (Maezawa et al., 2010).

Les recherches initiales concernant les fonctions de la protéine MECP2 étaient basées sur sa capacité à lier les CpG méthylés de l’ADN. MECP2 était alors considérée comme une protéine monofonctionnelle, agissant comme un répresseur global de la transcription (Lewis et al., 1992 ; Nan et al., 1993).

Cependant, après son implication dans le RTT, les études concernant ses fonctions exactes se sont multipliées, donnant lieu à de nombreux résultats, parfois inattendus. MECP2 est dorénavant considérée comme une protéine multifonctionnelle, pouvant agir à l’échelle du chromosome comme régulateur de l’architecture chromatinienne (Georgel et al., 2003 ; Nikitina et al., 2007 ; Skene et al., 2010), ou à l’échelle des gènes afi n de moduler leur expression en les réprimant ou les activant (Yasui et al., 2007 ; Chahrour et al., 2008). Malgré toutes ces avancées, le rôle exact de MECP2 dans la physiopathologie du syndrome de Rett n’est toujours pas clairement élucidé.

Les autres gènes à l’origine du syndrome de Rett

Le fait que 5 % des patientes atteintes d’un RTT typique et que 50 à 60 % des patientes atteintes d’un RTT atypique ne présentent pas de mutations dans le gène MECP2 suggère l’implication de plusieurs autres gènes. Ainsi, malgré les considérables progrès réalisés au cours de ces dix dernières années, l’absence de mutation dans le gène MECP2 ne suffi t pas à exclure le diagnostic de syndrome de Rett et tout sujet présentant les signes de la maladie et répondant aux critères consensus (Neul et al., 2011) doit être donc considéré comme atteint d’un syndrome de Rett.

Le gène CDKL5 et sa protéine

En 2004, la forme atypique avec épilepsie précoce (appelé « early onset seizures variant » ou encore variant Hanefeld) a été associée à des anomalies moléculaires dans le gène CDKL5 (Cyclin dependent kinase-like 5 ou STK9 serine/threonine kinase 9), localisé dans la région du bras court du chromosome X appelé Xp22 (Weaving et al., 2004). Actuellement plus de 80 mutations ponctuelles et plusieurs délétions ou translocations impliquant ce gène ont été rapportées (Bienvenu and Chelly, 2006, Bahi-Buisson et al., 2008). Bien que la majorité des individus porteurs d’une mutation de CDKL5 soit des filles, sept cas de garçons mutés présentant une symptomatologie très similaire à celle observée chez les filles ont été rapportés (Van Esch et al., 2007).

De façon intéressante, il a été montré que CDKL5 pouvait interagir et phosphoryler MECP2 in vitro (Lin et al., 2005 ; Mari et al., 2005 ; Bertani et al., 2006). Des mutations de ces deux gènes entraînant un phénotype très semblable, il a donc été suggéré que les deux protéines pourraient participer à une voie commune de signalisation affectant la plasticité synaptique. L’étude du récent modèle murin défi cient en CDKL5 devrait permettre d’améliorer notre compréhension de cette forme atypique de RTT (Wang et al., 2012).

Le gène FOXG1 et sa protéine

Récemment, la forme congénitale du RTT a été associée à des mutations du gène FOXG1. Dès 2005, l’équipe du Pr Véra Kalscheuer a rapporté le cas d’une fille âgée de 7 ans présentant un handicap mental sévère associé à un élargissement asymétrique des ventricules cérébraux, des défauts de myélinisation des lobes frontal et pariétal, une agénésie du corps calleux, une épilepsie et une microcéphalie (Shoichet et al., 2005). Les investigations génétiques concluent à une translocation équilibrée affectant les chromosomes 2 et 14, interrompant le gène FOXG1 (forkhead box G1) situé sur le chromosome 14. Par la suite, des microdélétions du chromosome 14 emportant notamment FOXG1 et des mutations ponctuelles faux-sens, non-sens et entraînant un décalage du cadre de lecture dans le gène FOXG1 ont été identifi ées chez des patients présentant une forme congénitale de RTT (Bisgaard et al., 2006 ; Papa et al., 2008 ; Mencarelli et al., 2009 ; Ariani et al., 2008). Plus récemment, des duplications affectant le gène FOXG1 ont été rapportées chez des patients présentant une déficience intellectuelle associée à des spasmes infantiles et des anomalies faciles (Yeung et al., 2009 ; Brunetti-Pierri et al., 2011).

D’autres gènes ont été suggérés comme le gène NTGN1 (Borg et al., 2005) ou encore MEF2C (Le Meur et al., 2010), mais les mutations de ces gènes semblent être une cause très rare de RTT, soit sont en cause dans d’autres désordres neurologiques.

À ce jour, trois gènes sont donc principalement impliqués dans le RTT, le choix et l’ordre des gènes à étudier étant fonction de la symptomatologie du malade. Toutefois, il reste encore des cas pour lesquels aucune étiologie génétique n’a été identifiée et la recherche de nouveaux gènes impliqués dans le RTT

continue.

Pr Thierry BIENVENU, biologiste généticien (2016)