Découverte de nouveaux troubles d'expansion des répétitions dans l'ataxie et au-delà
Date: Novembre 2023
Préparé par un membre du SIC: Katja Lohmann, PhD
Auteurs: Mélanie Bahlo, Ph. D., AM, FAHMS; Mathilde Renaud, MD, PhD; Stephan Züchner, MD, PhD, FAAN
Éditeur: Lorraine Kalia, MD, PhD
Introduction
L’ataxie cérébelleuse à début tardif (ACDT) est un groupe de maladies neurodégénératives qui se manifestent par un syndrome cérébelleux progressif après l’âge de 30 ans et sont souvent sporadiques (c’est-à-dire sans antécédents familiaux). Jusqu’à récemment, le diagnostic génétique des patients atteints d’ACDT présentait des lacunes importantes.<sup> 1 </sup> Cependant, en 2019, une avancée majeure a été réalisée dans ce domaine avec la découverte d’expansions de répétitions bialléliques (impliquant principalement des répétitions AAGGG) dans un intron du gène RFC1, codant pour la sous-unité C du facteur de réplication. Ces expansions sont sans aucun doute à l’origine du syndrome CANVAS (ataxie cérébelleuse-neuropathie-aréflexie vestibulaire) et d’autres types d’ACDT, souvent associés à une neuropathie et/ou une vestibulopathie bilatérale. 2,3 Une autre étape importante et prometteuse a été franchie plus récemment lorsque deux équipes de recherche indépendantes ont découvert des expansions de répétitions GAA dans un intron du gène FGF14, codant pour le facteur de croissance des fibroblastes 14, comme cause d'un autre sous-type d'ataxie cérébelleuse localisée (LOCA) (SCA27B) présentant un spectre phénotypique apparemment plus large. 4,5 Ces découvertes relatives à la LOCA éclairent d'un jour nouveau la recherche sur l'ataxie. Actuellement, dans certaines études, plus de 20 % des patients précédemment diagnostiqués avec une LOCA idiopathique reçoivent un diagnostic génétique, 4,6 permettant ainsi un conseil génétique aux membres de leur famille. Avant l'identification de ces deux gènes présentant des expansions de répétitions introniques jusque-là inconnues, nombreux étaient ceux qui doutaient de l'existence de causes génétiques fréquentes de LOCA encore inconnues. Bien qu'il reste à voir comment ces nouvelles connaissances pourront se traduire par de meilleurs traitements pour les patients, il est enthousiasmant de constater les récents développements dans le domaine de la génétique de l'ataxie.
Quels sont les indices qui ont conduit à l’identification des expansions de répétitions introniques dans RFC1 et FGF14 ?
Dr Bahlo :
Une série d'avancées survenues au cours des dernières années a rendu ces découvertes possibles. Parmi celles-ci : 1) le séquençage du génome entier à moindre coût, permettant le séquençage de nombreux individus au sein d'une même famille, et désormais de plus en plus souvent de cohortes de centaines, voire de milliers d'individus, à des fins de recherche ; et 2) le développement de nouveaux outils bioinformatiques qui ont permis la découverte d'expansions de répétitions dans les données de séquençage du génome entier (et de l'exome).⁷ Cependant , pour RFC1 et FGF14, des indices supplémentaires ont contribué à ces découvertes. Concernant le syndrome CANVAS lié à RFC1, des études de pedigree avaient précédemment localisé la variante causale dans une petite région du génome, tandis que pour FGF14, de solides preuves antérieures existaient, car on savait déjà que de petites variantes de séquence dans FGF14 pouvaient provoquer une forme d' ataxie.⁸
Les ataxies constituent un groupe de maladies très hétérogène, tant sur le plan clinique que génétique. Actuellement, les expansions de répétitions introniques dans RFC1 et FGF14 ne sont pas détectables par les panels de gènes standard ni par le séquençage de l'exome, ce qui nécessite des tests spécifiques. Existe-t-il des caractéristiques cliniques spécifiques permettant d'identifier les patients devant être testés ?
Docteur Renaud :
Le phénotype principal de l'ataxie SCA27B (GAA-FGF14) consiste en un syndrome cérébelleux lentement progressif caractérisé par une ataxie de la marche et une atteinte oculomotrice cérébelleuse. Si la plupart des patients présentent une démarche instable au début de la maladie, près de la moitié d'entre eux rapportent des symptômes épisodiques tels que vertiges et/ou étourdissements, troubles visuels (diplopie, oscillopsie, vision floue) et dysarthrie. Ces épisodes peuvent être induits par l'alcool, l'activité physique ou parfois la caféine. Plus de la moitié des patients atteints de SCA27B présentent une sensibilité à l'alcool, ce qui peut déclencher des épisodes d'ataxie ou aggraver considérablement l'ataxie initiale. Un nystagmus, des signes oculomoteurs cérébelleux, une altération de la fixation visuelle, une suppression du réflexe vestibulo-oculométrique, des symptômes vertigineux et des troubles visuels coexistent fréquemment au début de la maladie. Outre l'atteinte cérébelleuse, une hypofonction vestibulaire et un déficit sensitif afférent peuvent être observés dans la SCA27B. Une vestibulopathie bilatérale est possible dans le cas du SCA27B, mais reste relativement légère, alors qu'elle est presque toujours présente dans le CANVAS lié à RFC1 et le spectre de la maladie. La polyneuropathie n'est pas une caractéristique principale du SCA27B, bien que certains patients puissent développer une polyneuropathie sensorielle ou sensorimotrice axonale légère. En comparaison, la neuropathie motrice est généralement légère, voire absente, dans le CANVAS lié à RFC1. Le diagnostic de CANVAS lié à RFC1 et du spectre de la maladie est très improbable en présence d'ataxie cérébelleuse isolée sans neuropathie sensitive. La progression de la maladie dans le SCA27B, avec une moyenne de 0.23 à 0.40 point SARA par an, est considérablement plus lente que dans d'autres ataxies génétiques courantes à début tardif, telles que le SCA6 (0.80 point SARA par an) et le CANVAS lié à RFC1 (1.30 point SARA par an).
Pensez-vous qu’il existe d’autres troubles d’expansion de répétition à découvrir ?
Dr Bahlo :
Oui, je pense qu'il reste encore des expansions de répétitions à découvrir. Je pense qu'il existe deux domaines principaux où l'on peut suspecter des troubles « cachés » de l'expansion de répétitions. Premièrement, les expansions de répétitions sont des événements à faible taux de mutation, souvent observés uniquement dans des populations humaines spécifiques ou chez des personnes d'ascendance particulière. Certaines populations humaines sont fortement sous-représentées dans nos efforts de séquençage du génome et sont également sous-représentées pour les compositions d'expansion de répétitions. Il sera utile d'étudier ces populations pour trouver de nouvelles expansions de répétitions. Deuxièmement, la détection des expansions de répétitions, plus difficiles à identifier, présentant une « pénétrance incomplète », c'est-à-dire présentant un risque accru de maladie plutôt qu'une certitude de contracter la maladie. La découverte de ces types d'expansions de répétitions nécessite des cohortes plus importantes et des méthodes statistiques différentes. Les expansions de répétitions dans le gène FGF14 en sont un exemple, mais la répétition reste très pénétrante.
Les expansions de répétitions introniques pourraient-elles également jouer un rôle dans d’autres troubles neurodégénératifs, tels que la maladie de Parkinson ?
Docteur Renaud :
Il est possible que les expansions de répétitions introniques jouent un rôle dans d'autres maladies neurodégénératives, comme la maladie de Parkinson. De nouvelles expansions de répétitions introniques pathogènes seront probablement découvertes prochainement grâce à la généralisation du séquençage à lecture longue et à des outils bioinformatiques avancés. Un phénotypage approfondi et détaillé des cohortes de patients est cependant indispensable pour augmenter les chances de découvrir de nouvelles expansions de répétitions pathogènes dans les maladies neurodégénératives.
Que sait-on des conséquences fonctionnelles des expansions de répétitions introniques et du rôle du motif spécifique ?
Dr Züchner :
Nous commençons à peine à comprendre les mécanismes moléculaires sous-jacents aux maladies liées à l'expansion des répétitions RFC1 et FGF14. Ces expansions, nouvelles dans RFC1 et FGF14, sont toutes deux situées dans la région intronique non codante et n'ont pas d'impact évident sur la séquence protéique. De plus, les interruptions de la séquence répétée semblent avoir un effet protecteur. Des données publiées font état d'une expression génique réduite, probablement spécifique à certains transcrits.⁴ Il est également intéressant de noter que FGF14 n'est pas largement exprimé ; ainsi, ses rôles spécifiques dans certaines populations neuronales sont au cœur de son mécanisme d'action. Au-delà de ces hypothèses de perte de fonction, d'autres mécanismes, tels que la traduction RAN (Repeat Associated Non-AUG), pourraient conduire à un gain de fonction toxique. Nous pouvons nous attendre à de nombreuses études fonctionnelles intéressantes sur ces gènes et leurs voies de signalisation dans les années à venir.
Le rôle des motifs répétitifs est désormais bien compris. L'adoption généralisée des méthodes de séquençage à longues lectures permet d'analyser avec une excellente précision la composition de très longues séquences répétitives. Il s'avère qu'un large éventail de motifs répétitifs, d'interruptions et de périodicités peut être observé dans la population générale et chez les patients. La pathogénicité de chacun de ces motifs fait actuellement l'objet d'études approfondies et contribuera au développement de tests diagnostiques. Enfin, de nouvelles découvertes passionnantes, publiées par Pellerin et al.<sup> 9 </sup>, indiquent qu'un motif de séquence spécifique de 17 pb, situé immédiatement en 5' de la répétition GAA du gène FGF14, détermine la stabilité de l'expansion méiotique de ce locus. La découverte d'un tel motif prédictif robuste est une première dans le domaine des expansions de répétitions.
Quelles sont les prochaines étapes pour améliorer encore les tests génétiques pour les patients atteints d’ataxie ?
Dr Bahlo :
Nous devons mettre en œuvre notre ensemble actuel d'outils bioinformatiques, qui constituent des outils de dépistage très performants dans les cohortes cliniques et de recherche. Un génotypage précis n'est pas nécessaire pour que ces outils aient un impact significatif dans les pipelines cliniques, où ils détecteront les expansions répétées actuellement manquées. Cela entraînera des re-diagnostics pour certains patients et une augmentation globale des taux de résolution. Plusieurs études de cohorte de grande envergure, assorties d'un travail de validation approfondi avec des méthodes traditionnelles, ont montré que ces méthodes sont très sensibles et spécifiques, supérieures à 95 %, en particulier pour les expansions répétées plus petites. Les correspondances devraient ensuite être validées avec les tests de référence actuels, spécifiques aux expansions répétées, tels que la PCR à amorce répétée et les Southern blots. À l'avenir, ces tests seront remplacés par le séquençage profond à lectures longues, qui s'avère déjà très efficace pour caractériser les motifs complexes de plus en plus hétérogènes.
Comment ces connaissances peuvent-elles être traduites en nouveaux traitements ?
Dr Züchner :
Des traitements ciblés, tels que l'édition génique ou les petites molécules ciblant des motifs répétitifs spécifiques, seront très prochainement testés dans les maladies liées à RFC1 et FGF14. Pour être efficaces, il sera essentiel de comprendre si des mécanismes de perte et/ou de gain de fonction sont impliqués. Cela nécessitera très probablement des modèles animaux bien caractérisés pour ces maladies, actuellement développés dans notre laboratoire et par d'autres. Concernant FGF14, un traitement de longue date de l'ataxie épisodique, la 4-aminopyridine, a récemment été exploré<sup> 10</sup> , et un essai clinique de plus grande envergure pourrait suivre. Le fait qu'un bloqueur des canaux potassiques puisse modifier l'évolution de l'ataxie liée à FGF14 suggère un lien mécanistique qui pourra probablement être exploité plus avant. En résumé, il y a lieu d'être optimiste quant à la réalisation rapide d'études translationnelles pour ces maladies.
Conclusions
La récente avancée dans la génétique du LOCA réside dans l'identification de deux nouveaux troubles d'expansion de répétitions, responsables d'un nombre considérable de patients. Comme l'ont souligné les experts interrogés, des avancées sont attendues pour une meilleure compréhension moléculaire de ces deux troubles, mais aussi pour les nouveaux troubles, et certainement au-delà du phénotype du LOCA. Des recherches sont déjà en cours pour traduire ces nouvelles découvertes en traitements plus efficaces pour les personnes concernées. Les prochaines étapes dans ce domaine en pleine évolution comprennent donc : 1) la recherche de nouveaux troubles d'expansion de répétitions en incluant les populations sous-représentées et en prenant en compte une pénétrance réduite ; 2) l'élucidation plus approfondie du spectre phénotypique et génotypique des maladies liées aux gènes RFC1 et FGF14, en tenant compte de la composition des motifs de répétition et d'autres variants de ces gènes et d'autres ; et 3) la traduction de ces résultats en thérapies améliorées. Certes, le génome humain, avec ses centaines de milliers de séquences répétées, est très complexe, et nous sommes encore loin d’en comprendre l’intégralité, mais l’avenir promet des connaissances encore plus approfondies.
Références:
1. van Gaalen J, van de Warrenburg BP. Une approche pratique de l'ataxie cérébelleuse d'apparition tardive : remettre en ordre le trouble avec désordre. Pract Neurol 2012 ; 12 : 14-24.
2. Cortese A, Simone R, Sullivan R, et al. L'expansion biallélique d'une répétition intronique dans RFC1 est une cause fréquente d'ataxie à apparition tardive. Nat Genet 2019 ; 51 : 649-658.
3. Rafehi H, Szmulewicz DJ, Bennett MF, et al. Identification bioinformatique des répétitions étendues : une expansion intronique non référencée du pentamère dans RFC1 provoque CANVAS. Am J Hum Genet 2019 ; 105 : 151-165.
4. Pellerin D, Danzi MC, Wilke C, et al. Expansion de la répétition intronique profonde de FGF14 GAA dans l'ataxie cérébelleuse à apparition tardive. N Engl J Med 2023;388:128-141.
5. Rafehi H, Read J, Szmulewicz DJ, et al. Une expansion intronique de la répétition GAA dans FGF14 provoque l'ataxie autosomique dominante de l'adulte SCA50/ATX-FGF14. Am J Hum Genet 2023;110:105-119.
6. Iruzubieta P, Pellerin D, Bergareche A, et al. Fréquence et spectre phénotypique de l'ataxie spinocérébelleuse 27B et d'autres ataxies génétiques dans une cohorte espagnole d'ataxie cérébelleuse à début tardif. Eur J Neurol 2023.
7. Bahlo M, Bennett MF, Degorski P, Tankard RM, Delatycki MB, Lockhart PJ. Progrès récents dans la détection des expansions de répétitions grâce au séquençage de nouvelle génération à lecture courte. F1000Res 2018;7.
8. van Swieten JC, Brusse E, de Graaf BM, et al. Une mutation du gène du facteur de croissance des fibroblastes 14 est associée à une ataxie cérébelleuse autosomique dominante [corrigé]. Am J Hum Genet 2003 ; 72 : 191-199.
9. Pellerin D, Gobbo GD, Couse M, et al. Une variante flanquante courante est associée à une stabilité méiotique améliorée du locus FGF14-SCA27B. bioRxiv 2023.
10. Wilke C, Pellerin D, Mengel D, et al. Ataxie GAA-FGF14 (SCA27B) : profil phénotypique, évolution naturelle et réponse au traitement par la 4-aminopyridine. Brain 2023 ; 146 : 4144-4157.