Bases Moléculaires des
Pathologies Mitochondriales Héréditaires
Guy LENAERS
Institut Pasteur de Tunis, 19 octobre 2016
RIIP 2016

Une petite histoire…
Athmosphère
O2
Océans
T°c
NaCl
- SH
archaebacteria eubacteriaMITOCHONDRIA
EUCARYOTES
Une petite histoire …

Metazoaires
Mycètes
Protistes
Plantes
Une petite histoire…Le réseau mitochondrial

structure conservée au sein de l’évolution
Une petite histoire…Les Mitochondries en microscopie électronique

VIE
MORT
CO2
ROS
CHO
O2
ATP
T°c
Precurseurs
Métabolites
Acides aminés
Lipides
Fe-S hème
Stéroides
Calcium
Une petite histoire…Les fonctions et dysfonctions de la mito

Mitochondries = mitotracker ADN = picogreen
Cellules HeLa
Une petite histoire…Deux Génomes !

> 1,800 proteins 13 peptides
nucléaire
mito
Transfert de gènes
Une petite histoire…Les protéines mito sont codées par les 2 génomes.

Génome Nucléaire :
3,2.109 nt
diploïde
25,000 gènes
2,000 codant protéines mito
Génétique Mendéléene
Génome Mitochondrial :
16 569 nt
100s à 1000s copies
37 gènes
13 codant protéines mito
Génétique des Populations
Une petite histoire…Une histoire de dimensions et de génétique

TRADUCTION:
22 tRNAs + 2 rRNAs
RESPIRATION
Circuit e- :
13 peptides
2 transcrits
multi-cistroniques
+
DELETIONS de l’ADNmt:
CPEO
Neuropathies Périphériques
Myopathies
DEPLETION: ADNmt < 30%
Encepha/hepato/tubulolopathies
Syndrome d’Alpers
Une petite histoire…Les altérations du génome mito

11778A>G
HAPLOGROUPES
MUTATIONS ponctuelles
Neuropathies Optiques , Surdités,
Diabètes
Prédisposition à AD ou PD ou cancer
A > G
MUTATIONS aléatoires
Sénescence et vieillissement
ROS
1555A>G
TRADUCTION:
22 tRNAs + 2 rRNAs
RESPIRATION
Circuit e- :
13 peptides
2 transcrits
multi-cistroniques
+
Une petite histoire…Les altérations du génome mito

- cyphose
- perte de poids
- réduction des graisses
- alopécia
- ostéoporose
- anémia
- fertilité reduite
- hypertrophie cardiaque
Intégrité génome
mitochondrial
Vieillissement prématuré
Polγ +/+ Polγ mut/mut
Une petite histoire…Accumulation de mutations du génome mito

DOMINANT RECESSIF MATERNEL
Une petite histoire…Hérédité des maladies mitochondriales

Uniquement en cas d’HOMOPLASMIE
Une petite histoire…L’ADNmt une transmission 100% maternelle

1000 copies
processus de
maturation de l’ovocyte
10-50 copies
ADNmt
boottleneck
500,000 copies
500,000 copies
Amplification
ADNmt
Une petite histoire…En cas d’HETEROplasmie

50 % cerveau
70 % oeil
40 % muscle
90 % cochlée
65 % coeur
10 % sang
Une petite histoire…Variabilité de l’HETEROplasmie

- Maladies isolées ou syndromiques
- Affectant des organes avec un grand besoin énergétique
sensoriels, nerfs, muscles…
- Forte variabilité de pénétrance et d’expressivité
- Transmission mendélienne ou maternelle
Une petite histoire…Présentations cliniques des mitochondriopathies

Tri-Chrome de Gomori Coloration COX + SDH Coloration SDH
Mosaïque sur Biopsie Musculaire
Respiration Mitochondriale Activité enzymatique des Complexes
Une petite histoire…Diagnostics biochimique et histologique

- Pour une transmission mendélienne
ou maternelle homoplasmique:
ADN de SANG est OK pour l’analyse moléculaire
- Pour une transmission maternelle hétéroplasmique:
ADN devrait être isolé d’urine ou de muscle
- Séquençage Sanger ou NGS
- Séquençage ADNmt complet -> mutations
- PCR Quantitative de l’ADNmt -> déplétion
- PCR Long range de l’ADNmt -> délétions
Une petite histoire…Diagnostic Génétique des Mitochondriopathies

Exemple: Génétique des
Neuropathies Optiques Héréditaires
Institut Pasteur de Tunis, 19 octobre 2016
RIIP 2016

Une petite histoire…Les Cellules Ganglionnaires de la Rétine

Contrôle Patient
Paleur du disque
optique
C
0
100
200
300
0 100 200 300 400 500
TEMP SUP NAS INF TEMP
0
100
200
300
0 100 200 300 400 500
TEMP SUP NAS INF TEMP
Perte des fibres
optiques
A
Scotome
central
Baisse de
l’acuité visuelle
Une petite histoire…Les signes cliniques cardinaux des NOHs

Acuité Visuelle
0,5
10/10
3/10
1/20 âge
20 40 60 80
Normale
Glaucome
AOD
NOHL
Une petite histoire…Histoire naturelle des NOHs
AOR

OPA1
Une petite histoire…La découverte d’OPA1 en 3q28

Familles
avec Atrophie Optique Dominante
80 % des Families AOD avec diagnostic
sont liées à OPA1
2000
Une petite histoire…OPA1= Optic Atrophy 1

OPA1
OPA3mtDNA
WFS1
Others
undetermined
2013
Recessive
Dominant? ? ?
Diagnostic Génétique

Bibliographie
p.Asp411Ala
Brain, 2012
SPG7
p.Arg468Cys
Frontiers in Genetics, 2015
AFG3L2 = SCA28
MFN2

New Generation Sequencing
Puce de re-séquençage de l’ADNmt complet
Puce de re-séquençage: 24 gènes nucléaires
Dominants :
OPA1, MFN1, MFN2, DRP1,
SPG7, AFG3L2, MFF, MID49/51, OPA3,
OMA1, YME1L, WFS1 …
Récessifs :
TMEM126A, ACO2, RTN4IP1, SLC24A46 …
Cohorte de patients NOH sans diagnostic génétique

370 ADNs analysés par la puce NOH
(OPA1, OPA3, WFS1 et mt.3460, 11778 et 14484 négatifs)
16%
5%
79%
NOA Dominant
NOA Récessive
Négatifs
78 (21 %) positifs
Dominant ION Recessive ION
SPG7
ACO2
AFG3L2
RTN4IP1
OPA1
MFN2
GENE A
GENE B
GENE C
GENE D
GENE E
ACO2
SPG7
WFS1
RTN4IP1
OPA1
TMEM126A
NOH Dominant
NOH Récessive
Negatif
Diagnostic Génétique
OPA1
SPG7
ACO2
AFG3L2
MFN2
WFS1
RTN4IP1
ACO2

Non-syndromique
transmission:
- Maternelle
or
- Dominante
or
- Récessive
Syndromique
Surdité
Ophtalmoplégie externe
Neuropathie Périphérique
Myopathie, Diabètes
Cataracte
Un symptome
Au sein
D’une présentation
syndromique
Sévère
OPA1, WFS1,
ND1, ND4, ND6
OPA3, DRP1, MFN2, SPG7, AFG3L2,
TMEM126a, ACO2, RTN4IP1
1500 maladie mito …
50 % avec NOH
Syndrome de Behr
Syndrome de Wolfram
3-MGA type III
CAPOS
MOHR-Tranebjaerg
Une petite histoire…Corrélations génotypes – phénotypes des NOHs

OPA1
NOH
Isolée
Syndrome de BEHR
Ataxie spino
cérébelleuse
AFG3L2
Charcot Marie
Tooth 2A
MFN2
Syndrome de
Costeff OPA3
Paraplégie
spastique
SPG7
encéphalopathie
cardiomyopathie
DRP1
Bi-allelic +

- Les génomes nucléaire et mito sont impliqués,
- Différentes mutations dans un gène peuvent
induire différentes présentations cliniques
- Un même syndrome peut être généré
par des mutations dans différents gènes
- Grande complexité des corrélations
génotype-phénotype
Une petite histoire…Conclusions sur la génétique des NOHs

Il est indispensable d’établir un diagnostic clinique
complet pour l’ensemble du pédigrée familial
pour
orienter les études du diagnostic génétique
Une petite histoire…Le « TAKE HOME » message

Christian HAMEL
Agathe Roubertie
Isabelle Meunier
Jean-Michel Rozet
Josseline Kaplan
Patrick Yu-Wai-Man
Valerio Carelli
Bernd Wissinger
Hamid Barakat
Pascal Reynier
Domique Bonneau
Vincent Procaccio
Patrizia Amati-
Bonneau
Christophe Verny
Stéphanie Leruez
Arnaud Chevrolier
Marc Ferré
Majida Charif
Céline Bris
David Goudenège
Naig Gueguen
Valérie Desquiret
Remerciements
Les familles

Une petite histoire…Merci pour votre attention
Guy LENAERS