Communication scientifique
Session of 27 janvier 2009

Identification des bases moléculaires des dystrophies rétiniennes héréditaires : découverte de vérités contraires et conséquences

MOTS-CLÉS : biologie moleculaire. cécité. dégenerescence de la retine/congenital
Identification of the molecular bases of retinal dystrophies : two divergent situations and their implications
KEY-WORDS : blindness. molecular biology. retinal degeneration/congenital

Jean-Michel Rozet

Résumé

Dans les pays industrialisés, les dystrophies héréditaires de la rétine sont aujourd’hui, avec les dégénérescences maculaires liées à l’âge, la première cause de cécité légale atteignant tous les âges de la vie et représentent par conséquent un problème de Santé Publique majeur. La plupart des dystrophies rétiniennes ont été décrites entre la fin du XIXe siècle et le début du XXe. La terminologie « hérédodégénérescences choriorétiniennes » employée alors pour décrire ces affections, si elle est aujourd’hui obsolète, rendait bien compte de leur caractère héréditaire et de leur nature dégénérative, c’est-à-dire de leur évolutivité inéluctable vers la cécité. Dans les années qui ont suivi leur description, de nombreuses études ont contribué au classement nosologique et épidémiologique de ces affections fort nombreuses et très hétérogènes tant aux plans clinique que génétique. En revanche, leur bases moléculaires sont demeurées mystérieuses jusqu’au début des années 1980, c’est-à-dire jusqu’à ce que le génie génétique ne vienne offrir la possibilité de cartographier puis d’identifier les gènes responsables dont on ne savait rien de la structure et de la fonction. Les conséquences de ces découvertes ont été multiples et ont concerné des domaines variés qu’il s’agisse d’amélioration des connaissances médicales, d’identification de mécanismes physiologiques insoupçonnés et dans tous les cas d’une reprise en charge de patients négligés du fait de l’impuissance des cliniciens à leur offrir une prévention ou un traitement. S’agissant de l’amélioration des connaissances médicales, la plupart des dystrophies rétiniennes ont révélé une variabilité d’expression clinique plus ou moins importante. Cette variabilité pouvait être soit si modeste qu’elle passait inaperçue au point que l’affection était considérée depuis de très nombreuses années comme homogène, homogénéité qui n’a pas résisté au démembrement génétique, soit si large qu’elle avait conduit à individualiser artificiellement des entités indépendantes qui ont pu être néanmoins réunies par une communauté génique. S’agissant de l’amélioration des connaissances génétiques, la majorité des dystrophies rétiniennes se sont révélées très hétérogènes à quelques exceptions près, détruisant définitivement le dogme énoncé au début du XXe siècle « une maladie — un gène ». Dans tous les cas, ces connaissances nouvelles ont permis aux patients de renouer le contact avec l’ensemble du corps médical et scientifique et à ce dernier de se réinvestir dans le suivi de patients, même en l’absence d’arsenal thé- rapeutique, la « bonne information scientifique » devenant la première forme de prise en charge. Deux pathologies, l’amaurose congénitale de Leber, d’une part, et la maladie de Stargardt d’autre part, illustrent parfaitement cette double évolution non seulement des connaissances fondamentales attachées à des pathologies longtemps considérées comme orphelines mais dont le lien avec des maladies « communes » s’avère de plus en plus solide, mais aussi des relations entre soignants et soignés, puisqu’elles nous ont instruit de vérités contraires.

Summary

In industrialized countries inherited retinal dystrophies are the leading cause of legal blindness across all ages, together with age-related macular degeneration. Most retinal dystrophies were first described between the end of the 19th century and the beginning of the 20th century as ‘‘ chorioretinal heredodegenerations ’’. This term is now obsolete, although it has the merit of mentioning the ineluctably degenerative nature of these inherited blinding disorders. These diseases are now known to be highly heterogeneous, both clinically and genetically. However, their molecular bases remained a mystery until the early 1980s, when the advent of genetic engineering offered the possibility of mapping and identifying genes of unknown structure and function. Within a few decades, better knowledge of the molecular bases of retinal dystrophies led to significant medical and genetic advances. Two divergent situations were encountered. First, several phenotypes previously thought to be different clinical entities have been united through the identification of mutations in the same gene. Conversely, some other disorders have turned out to comprise two or more genetically and pathophysiologically distinct entities. This rapid progress in medical knowledge has profoundly modified the relationship between patients and caregivers, sound scientific information being the first form of care for patients with incurable diseases. The genetic deciphering of two diseases, Leber congenital amaurosis and Stargardt disease, represents a good example of how basic knowledge and the patient-carer relationship have evolved in recent decades.

AMAUROSE CONGÉNITALE DE LEBER [1]

Rappel historique

En 1869, Theodore Leber, illustre ophtalmologiste de la très réputée École d’Ophtalmolgie allemande, décrivit une pathologie rétinienne responsable de malvoyance profonde dès la naissance ou dans les premiers mois de vie qui, paradoxalement, s’accompagnait d’une image normale du fond d’œil. L’affection survenait chez des frères et sœurs nés de parents indemnes suggérant une transmission récessive autosomique [2].

L’absence d’anomalie visible au fond d’œil à la naissance alimenta longtemps une confusion diagnostic entre cette maladie (ACL), et la cécité corticale. Il fallut attendre la fin des années cinquante pour qu’avec l’avènement de l’électrorétinographie, toute ambiguïté soit levée. En effet en 1957, deux représentants d’une autre Ecole illustre, celle de l’ophtalmologie suisse, montrèrent qu’en dépit d’un fond d’œil normal, l’électrorétinogramme (ERG) des très jeunes enfants atteints d’ACL était éteint, suggérant une absence de fonction de photorécepteurs [3]. Cette notion nouvelle suscita un intérêt nouveau pour la maladie. Ainsi entre les années soixante et quatre vingt-dix, de nombreux ophtalmologistes en étayèrent-ils la description et tentèrent de lui donner une dénomination adaptée. Leurs observations étaient conformes à celles de Theodor Leber en ce qui concerne l’âge et le mode d’installation de la maladie. Cependant tous notèrent une variabilité du tableau clinique dans la petite enfance avec des aspects très divers du fond d’œil, un comportement à la lumière (photo-aversion versus photo-attraction) et une acuité visuelle variables ainsi que l’existence de signes oculaires associés inconstants tels qu’une enophtalmie, un kératocône, une hypermétropie [4-15]. Dans le même temps, la maladie dont l’étiologie demeurait obscure était tour à tour qualifiée de rétinopathie pigmentaire in utéro [2], d’ heredoretinopathia congenitalis monohybrida recessiva autosomalis [16] , d’aplasie [4] voire de dysplasie rétinienne [17], néamoins devant cette absence de consensus, l’histoire retint la maladie sous le nom d’amaurose congénitale de Leber et la variabilité phénotypique tomba dans l’oubli.

Épidémiologie

A coté de ces observations cliniques, furent également rapportées des études épidé- miologiques qui estimèrent que 10 à 18 % des enfants aveugles en Europe étaient atteints de cette affection, ce qui représente 5 % des dystrophies rétiniennes, soit une naissance sur soixante-mille [18]. Ce taux apparu toutefois plus élevé dans certaines communautés fermées comme par exemple chez les habitants de l’Ile d’Urk en Hollande[19], chez les Suédois [16] ou dans les pays à fort taux de consanguinité. En effet, les mariages entre apparentés facilitent la transmission conjointe d’un allèle délétère et favorisent donc l’émergence de la maladie.

Modes de transmission

S’agissant de l’hérédité de la maladie, les rapports qui en suivirent la description en 1869 confirmèrent son mode de transmission récessif autosomique [12, 16]. De plus, devant l’existence d’enfants indemnes nés de père et mère atteints, l’hétérogénéité génétique de l’affection fut suspectée [19]. Dans le même temps, quatre cas d’ACL transmis comme des caractères dominants autosomiques, furent également rapportés [4, 21].

Bases moléculaires

Plus d’un siècle après sa description, la maladie fit l’objet, dans notre laboratoire, des premiers travaux aux fins d’en découvrir les bases moléculaires. Cette initiative fut très rapidement relayée par quelques groupes de recherche européens et Nordaméricains. En moins de quinze ans ces travaux remirent au goût du jour des notions décrites dans les années cinquante-soixante par d’illustres ophtalmologistes mais qui étaient étrangement tombées dans l’oubli. Ainsi par exemple, furent redécouvertes l’existence de rares cas à transmission dominante autosomique et surtout de la variabilité clinique de la maladie. Ces travaux mirent également en lumière des notions inattendues comme la très grande hétérogénéité génétique de la maladie et surtout l’existence insoupçonnée d’une hétérogénéité physiopathologique. La prise en compte de cette dernière sera même à l’origine d’une remise en cause de la définition de la maladie avec en corollaire une augmentation très significative de sa fréquence.

Un premier gène responsable : la cascade de transduction visuelle au banc des accusés

Dans les années quatre vingt-quinze — quatre vingt-seize, la méthode d’homozygotie par filiation nous permit de localiser le premier gène responsable d’amaurose congénitale de Leber, LCA1, et d’apporter les premières preuves moléculaires de son hétérogénéité génétique [22, 23]. En 1996, par une double stratégie de clonage positionnel et d’approche « gène candidat », nous montrâmes que le gène LCA1 code une guanylate cyclase spécifiquement exprimée dans les photorécepteurs, retGC1 (renommée GUCY2D ; MIM600179) [24]. Cette découverte mit alors au banc des accusés la cascade de transduction visuelle. En effet, cette guanylate cyclase permet la production du GMP cyclique nécessaire à l’ouverture des canaux cationiques localisés à la membrane plasmique des segments externes des photorécepteurs, c’est-à-dire nécessaire à la désactivation de la cascade de transduction visuelle (MIM600179).

Nous montrâmes dans les années qui suivirent les mutations à l’origine de la maladie conduisaient toutes à un défaut extrêmement sévère de production du GMPc. Nous suggérâmes alors que l’amaurose de Leber était sous-tendue par une fermeture constante des canaux cationiques dépendant du GMPc, une situation fonctionnellement équivalente à une illumination permanente de la rétine [25].

Eu égard à l’invariabilité du tableau clinique dramatique de cette maladie à la naissance, rien ne laissait supposer à cette date que le ou les autres gènes en cause pouvaient être impliqués dans des voies métaboliques différentes de celle qui venait d’être découverte et pourtant….

Un deuxième responsable : une autre voie métabolique altérée (mise en lumière d’une hétérogénéité physiopathologique inattendue et redécouverte de la variabilité clinique de la maladie) …Une première grande surprise vint l’année suivante avec de l’identification d’un deuxième gène qui non seulement n’était pas impliqué dans la désactivation de la cascade de transduction visuelle, mais qui, en outre, n’était pas exprimé dans les photorécepteurs. En effet, deux mutations furent identifiées chez deux germains dans un gène codant une protéine de 65 Kilodaltons spécifique de l’épithélium pigmentaire [26], dont on découvrit qu’il s’agissait de l’isomérohydrolase de la voie de synthèse du chromophore rétinien, connue sous le nom de cycle des rétinoïdes ou cycle visuel (RPE65, (R etinal Pigment Epithelium-specific 65Kda protein ;

MIM180069).

Concomitamment, des mutations de ce gène furent incriminées dans la survenue de dystrophies rétiniennes sévères de l’enfant ( Childhood onset Severe Retinal Dystrophies , CSRD) [27], différentes de l’ACL. Les deux germains de la publication originale ayant été vus pour la première fois en consultation à l’âge adulte avec des données cliniques de la naissance et de la petite enfance rudimentaires, cette deuxième étude mit en question l’implication du gène dans l’ACL. Toutefois, l’année suivante plusieurs mutations du gène RPE65 furent identifiées à la fois chez les patients atteints de CSRD et d’ACL [28] . Pour la première fois, la définition clinique de la maladie fut mise en question et l’hypothèse selon laquelle « l’amaurose congénitale de Leber pourrait dans certains cas être considérée comme l’extrémité d’un spectre de maladies de gravité variable regroupées sous le nom de dystrophies rétiniennes » fut émise [28].

Peu de temps après, intrigués par l’hétérogénéité physiopathologique inattendue de la maladie, nous nous interrogeâmes sur l’existence possible de différences phénotypiques chez les patients selon le génotype identifié. C’est ainsi que nous redécouvrimes l’existence de la variabilité clinique de la maladie et que nous décrivîmes l’existence des corrélations entre le gène en cause et l’histoire naturelle de la maladie chez les patients [29], concept inattendu qui s’étaya à mesure du décryptage génétique de la maladie.

Un troisième gène impliqué : redécouverte d’exceptionnels cas d’ACL à transmission dominante autosomique

En 1998, un troisième gène en cause dans l’ACL fut identifié : CRX (Cone-Rod homeoboX containing gene, MIM602225) [30]. Cette découverte était surprenante à deux égards. En premier lieu, il s’agissait d’un gène à homéodomaine impliqué dans le développement des photorécepteurs (MIM602225), démontrant l’existence d’un mécanisme physiopathologique à l’origine de l’ACL encore différent de ceux mis en jeu par les mutations des gènes GUCY2D et RPE65. En second lieu, les deux premières mutations identifiées chez deux patients non apparentés n’étaient pas héritées d’un parent, suggérant qu’il s’agissait de néomutations dominantes [30].

Quelques mois plus tard fut rapportée la ségrégation sur sept générations d’une mutation hétérozygote du gène CRX chez des apparentés atteints d’un phénotype variable défini comme « dégénérescence rétinienne précoce de l’enfance proche de l’ACL » [31]. Pourtant, l’année qui suivit, une mutation homozygote du gène fut identifiée dans une famille consanguine suggérant une transmission récessive habituelle [32]. Ces études contradictoires ouvrirent un débat quant à l’invariabilité du mode de transmission de l’ACL auquel nous mirent un terme en rapportant la transmission d’une mutation dominante du gène CRX sur deux générations dans une famille où le diagnostic d’ACL est indiscutable [33].

Cette notion d’une transmission autosomique dominante de rares cas d’ACL, considérée comme originale à la fin du xxe siècle, avait en réalité été suggérée dès 1963 par Sorsby et Williams [5] ainsi que Jules François [21] mais devant la rareté de ce mode de transmission et la fréquence de la consanguinité dans les familles d’ACL très en faveur d’un mode de transmission récessif, cette information était totalement tombée dans l’oubli.

Un quatrième gène découvert : l’existence du concept d’hétérogénéité génétique à un locus devient réalité

La moitié seulement des familles liées à LCA1 portaient des mutations du gène GUCY2D [24]. Cette observation suggérait soit une liaison génétique due au hasard, soit l’existence d’une hétérogénéité génétique au locus LCA1 [24]. Cette dernière hypothèse devait être confirmée par la découverte dans plusieurs familles d’ACL de mutations dans le gène codant l’ Aryl-hydrocarbon Interacting-Protein like 1 AIPL1 — un chaperon de la phosphodiesterase rétinienne — localisé à 2 mega bases seulement de GUCY2D (MIM604392) [34]. Des mutations de ce gène furent également retrouvées dans plusieurs de familles liées au locus LCA1 sans mutation du gène GUCY2D [35].

Les autres gènes : échafaudage d’une théorie et son effondrement

La fonction des quatre premiers gènes responsables d’ACL permit d’élaborer une théorie selon laquelle cette affection très précoce et très sévère était due à une défaillance du métabolisme strictement rétinien. Les cinq gènes qui furent identifiés dans les années suivantes confirmèrent cette théorie (RPGRIP1, MIM605446 ;

CRB1, MIM604210 ; LRAT, MIM604863 ; TULP1, MIM602280 ; RDH12, MIM608830).

Deux brèches successives la firent pourtant s’écrouler. Le doute s’insinua et se confirma, en effet, par l’identification des gènes CEP290, puis LCA5, codant respectivement la CEntrosomal Protein 290KDa [36] et la lebercilin [37], deux protéines largement exprimées dans les systèmes cellulaires ciliés. Or, jusqu’à la reconnaissance de l’implication de ces deux gènes, le patron d’expression des gènes responsables — spécifiques de la rétine — était en adéquation avec l’atteinte purement rétinienne de l’ACL.

S’agissant de CEP290, il est intéressant de noter que les mutations identifiées furent d’abord rapportées dans des formes syndromiques d’ACL (Syndrome de Joubert, JBTS5 MIM610188 ; Syndrome de Senior-Loken, SLNS6 MIM610189). Des corrélations entre la nature des mutations et l’atteinte purement rétinienne versus une atteinte multisystémique furent proposées. En effet, les formes syndromiques de la maladie étaient constamment sous-tendues par l’existence de deux allèles nuls alors les patients atteints de la forme isolée, étaient toujours porteurs, au moins à l’état hétérozygote, d’une mutation intronique (c.2991+1655A>G) se traduisant par la transcription d’un ARNm anormal mais aussi de la forme sauvage [35]. Ces observations conduisirent à considérer qu’une activité résiduelle de la protéine CEP290 pouvait garantir un confinement de l’atteinte à la rétine. Nos propres travaux réfutèrent cette hypothèse hâtive en démontrant que si la mutation c.2991+1655A>G était fréquence dans l’ACL (41 %), nombre de patients atteints d’une forme strictement isolée (18 %) étaient aussi porteurs de deux allèles nuls [38].

Ainsi, la mise en cause de CEP290 et de la lebercilin conduisit-elle à abolir la théorie du « tout rétinien » dans l’amaurose de Leber et à rattacher certaines formes à la grande famille des ciliopathies [39].

Corrélations génotype-phénotype

Au début des années quatre vingt-dix, la variabilité phénotypique de l’amaurose de Leber décrite dans les années soixante ayant été oubliée, il était admis que l’affection était homogène au plan clinique. Pourtant, l’hétérogénéité physiopathologique de la maladie allait à l’encontre de cette notion. C’est pourquoi, nous reconsidérâmes l’histoire naturelle de la maladie depuis la naissance à la recherche d’éléments évolutifs mineurs, négligés eu égard à la sévérité de l’atteinte.

Dès l’identification des deux premiers gènes, GUCY2D et RPE65, nous fumes en mesure de décrire l’existence de deux types d’ACL : le type I désignant une dystrophie rétinienne type « cônes-bâtonnets » congénitale, dramatiquement sévère et stationnaire et le type II désignant une dystrophie rétinienne type « bâtonnetscônes », survenant dans les premiers mois de vie, certes sévère, mais progressive [29].

À l’intérieur de chacun de ces deux grands types, des sous-types purent être individualisés en fonction des données de la réfraction, de l’aspect du fond d’œil et de la valeur de l’acuité visuelle. Enfin, notons que chacun des sous-types cliniques pouvait être relié à deux, voire un seul des 11 gènes reconnus [38, 40-42].

Actualisation de la définition de la maladie

Au fil des années, nous pûmes démontrer que si plus de la moitié des patients répondent à la définition princeps de Theodor Leber, à savoir une cécité congénitale stationnaire, d’autres sont atteints d’une dystrophie rétinienne correspondant à l’extrémité d’un spectre de gravité des rétinopathies pigmentaires [28, 40]. Ces patients sont néanmoins atteints dès la naissance, permettant de désigner leur pathologie sous le terme générique d’amaurose de Leber qui, de fait, n’a plus de frontière avec les dystrophies rétiniennes sévères de l’enfance (CSRD). En raison de cette unification, la fréquence de la maladie autrefois évaluée à 1/60 000 est aujourd’hui estimée à 1/30 000.

Retombées des données du décryptage génétique

Les retombées de l’identification des bases moléculaires de l’amaurose congénitale de Leber sont indiscutables en ce qui concerne l’élucidation des mécanismes physio- pathologiques impliqués dans la maladie et le développement, en corollaire, d’approches thérapeutiques.

Les retombées de ce travail de décryptage en matière de conseil génétique, si elles sont moins évidentes, ne sont pas moins importantes. En effet, les travaux menés sur plus d’une décennie ont montré la grande variance des fréquences de chacun des onze sous-types d’amaurose de Leber reconnus à ce jour (de 1 à 20 %). La connaissance de ces fréquences est d’un intérêt tout particulier en matière de conseil génétique. En effet, la fréquence de l’implication d’un gène dans une population de malades détermine la fréquence des individus de la population générale hétérozygotes pour ses mutations et par conséquent le risque génétique pour un patient atteint en âge de fonder une famille. De ce point de vue, notons que si l’amaurose congénitale de Leber avait été homogène au plan génétique (un seul gène en cause), compte tenu de la fréquence de la maladie aujourd’hui majorée à 1/30 000 environ, la fréquence des hétérozygotes dans la population aurait été de 1/87 et le risque génétique pour un patient atteint de 1/173. Mais, la maladie est génétiquement très hétérogène. Ceci a pour conséquence une « dilution » très significative la fréquence des hétérozygotes de chacun des sous-types génétiques dans la population générale (1/275 à 1/2000) et donc du risque génétique.

De même, les connaissances accumulées au fils des années ont permis d’améliorer de façon significative la prise en charge des patients. Ainsi, la découverte récente de deux gènes s’exprimant au-delà de la sphère oculaire a dévoilé la nécessité, dans le cas seulement des mutations de ces gènes, d’étendre les explorations cliniques du petit patient au-delà de la consultation d’ophtalmologie (IRM cérébrale, exploration rénale etc…). En revanche, pour tous les autres gènes, ces investigations, coûteuses et anxiogènes pour les parents, ne sont d’aucune utilité et ne doivent donc pas être prescrites en « routine » avant les résultats de l’étude génétique et ce d’autant que pratiqués trop tôt, leur négativité n’aurait pas de valeur définitive.

MALADIE DE STARGARDT [43, 44]

Aspects cliniques

En 1909 un autre illustre ophtalmolgiste de l’Ecole allemande Karl Stargardt [45], décrivit une dystrophie maculaire pure, caractérisée par la survenue brutale, entre sept et quatorze ans, d’une baisse importante de l’acuité visuelle dont l’évolution est particulièrement rapide surtout au début. En quelques années, et parfois seulement en quelques mois, ces enfants deviennent profondément amblyopes.

Au stade de début de la maladie, c’est-à-dire à l’apparition de la baisse d’acuité visuelle, les examens psychophysiques et électrophysiologiques sont normaux ; Tout au plus l’examinateur expérimenté pourra-t-il visualiser un léger granité maculaire au fond d’œil.

 

En quelques mois, toutefois, le fond d’œil va devenir évocateur en révélant une atteinte de l’épithélium pigmentaire dans la région maculaire. Autour de la macula seront observées des taches blanchâtres appelées fundus flavimaculatus. À ce stade, les examens complémentaires sont essentiels. L’angiographie en fluorescence confirmera le diagnostic par la présence d’un aspect dit en « œil-de-bœuf », témoignant d’une atrophie maculaire en ocelle, un silence choroïdien et la présence de taches flavimaculées périmaculaires hyperfluorescentes.

Le relevé du champ visuel mettra en évidence un scotome central alors que le champ visuel périphérique restera normal. Aujourd’hui, l’utilisation de l’ERG multifocal montre une altération précoce des cônes centraux. L’acuité visuelle des individus atteints de cette affection sera inférieure à 1/10e mais leur rétine périphérique restera intacte tout au long de leur vie.

Un demi-siècle après la description princeps de la maladie de Stargardt, Franceschetti décrivit une autre forme de dystrophie maculaire avec taches, dont l’aspect ophtalmoscopique était très similaire et qu’il nomma fundus flavimaculatus [46].

Toutefois, l’âge d’apparition des premiers symptômes était plus tardif, après vingt ans, et variait d’une famille à l’autre et même d’un individu à l’autre au sein d’une même famille. En outre, l’évolution de ces formes était beaucoup plus lente et le pronostic final meilleur.

Épidémiologie

La maladie de Stargardt a été décrite dans toutes les populations. La rareté de la consanguinité observée et la fréquence estimée à 1:30 000 sont tout à fait conformes avec l’homogénéité génétique démontrée au début des années quatre vingt-dix.

Mode de transmission

La maladie de Stargardt et le fundus flavimaculatus ont d’emblée été décrits comme se transmettant selon un mode autosomique récessif [45, 46].

Cartographie primaire de ces deux maladies ou la découverte stupéfiante d’une homogénéité génétique

Au début des années quatre vingt-dix, dans un contexte d’hétérogénéité génétique des dystrophies rétiniennes et eu égard à la variabilité clinique extrême de ces deux maladies, les prévisions les plus pessimistes étaient formulées quant aux nombres de gènes responsables. Les premiers travaux que nous avons menés dans les familles d’origines différentes atteintes de la seule forme infantiles apportèrent une première surprise en révélant une localisation unique sur le bras court du chromosome 1 [47].

La surprise fut encore plus forte lorsque nous montrâmes que le fundus flavimaculatus de l’adulte relevait de la même localisation suggérant une communauté génique [48] qui fit parler à cette époque de « paradoxe du Stargardt ».

 

Identification du gène en cause, ABCA4 : la variabilité clinique expliquée

En 1997, après de cinq années d’un lourd travail de clonage positionnel, les premiè- res mutations d’un gène d’expression purement rétinienne appartenant à la famille des ATP-binding cassettes (ATP-binding cassette retinal-specific, ABCR ou

ABCA4 ) furent rapportées chez des patients atteints de maladie de Stargardt [49, 50].

Les deux années qui suivirent, virent l’achèvement de la caractérisation de la structure de ce très grand gène (50 exon) [51] et l’identification chez les patients atteints de fundus flavimaculatus d’autres mutations, différentes dans leur nature [51]. L’hypothèse naquît alors d’une relation directe entre la sévérité des mutations portées par les deux allèles du gène et le phénotype. En effet, le fundus flavimaculatus était systématiquement sous-tendu par l’existence de deux mutations faux-sens alors qu’une mutation nulle était identifiée sur l’un des deux allèles dans de nombreux cas de maladie de Stargardt. En revanche, aucun patient ne portait deux mutations nulles suggérant que cette situation devait être responsable d’un autre phénotype, plus sévère [51].

Le gène ABCA4 impliqué dans des affections débordant l’aire maculaire

Ces corrélations génotype-phénotype furent confirmées et précisées à mesure que furent rapportés les résultats du génotypage du gène dans de nombreuses séries du monde entier. En tout premier lieu, il fut démontré que l’association de deux mutations nulles chez un individu était responsable de rétinopathie pigmentaire récessive autosomique [52-54]. D’autre part, il fut également démontré que l’association d’une mutation nulle et d’une mutation d’épissage touchant la cinquième base du site consensus (considérée comme très sévère mais non nulle) était responsable d’une dystrophie mixte des cônes et des bâtonnets [53]. Deux autres études confirmèrent l’implication des mutations du gène ABCA4 dans la survenue de ce phénotype et, au-delà, en soulignèrent la prédominance [55, 56].

Corrélations génotype-phénotype : un modèle au sein des dystrophies rétiniennes héréditaires

A l’issue de ces travaux, se dessina un modèle de corrélations génotype-phénotype exemplaire. Selon ce modèle, la sévérité du phénotype chez les patients est directement corrélée à la sévérité des mutations du gène ABCA4 et inversement proportionnelle à l’activité résiduelle de son produit, lequel joue un rôle central dans le processus de recyclage du chromophore rétinien inactivé par l’illumination des photorécepteurs [54-56]. La nature des mutations détermine par conséquent l’efficacité du recyclage du chromophore. Le dysfonctionnement d’ABCA4 conduit a l’accumulation du chromophore inactif, laquelle conduira à la mort progressive des cellules de l’épithélium pigmentaire rétiniennes et des cellules photoréceptrices [59].

 

Une hétérogénéité allélique inégalée et une fréquence des hétérozygotes réévaluée

Le génotypage du gène

ABCA4 mené par de très nombreux groupes du monde entier aboutit à l’identification de mutations de toute nature, dispersées tout le long de la séquence du gène et a en outre révélé une hétérogénéité allélique considérable.

La base The Human Gene Mutation Database ( HGMD ), pourtant incomplète, comptabilise plus de cinq cents mutations différentes. Toutefois, plusieurs mutations récurrentes, parfois d’origines géographiques spécifiques, furent également rapportées ( HGMD ).

En outre, le travail de génotypage révéla l’existence d’un grand nombre d’allèles complexes, c’est-à-dire d’allèles portant au moins deux, et bien souvent beaucoup plus, substitutions nucléotidiques conduisant à une modification de la séquence en acides aminés de la protéine ( HMGD ). Cette découverte ne remit pas en cause les corrélations génotype-phénotype préalablement établies, mais elle posa néanmoins un problème en termes de prédiction de l’effet combiné des différentes mutations retrouvées sur un même allèle au niveau de l’activité du transporteur dans la rétine.

L’allélisme de la maladie de Stargardt avec d’autres dystrophies rétiniennes héréditaires conduisit à reconsidérer la fréquence des hétérozygotes pour les mutations du gène responsable, laquelle est passa de 1 % à 2 % [57]. Cette très grande prévalence des mutations du gène ABCA4 associée aux corrélations génotype-phénotype explique l’existence de familles dans lesquelles ségrègent plusieurs phénotypes rétiniens distincts [53, 54].

CONCLUSION

Ainsi, en moins de quinze ans, les travaux portant sur deux affections cécitantes de l’enfance ont permis une avancée considérable des connaissances en matière de physiologie de la rétine. Les découvertes purement génétiques ont été surprenantes à bien des égards, même si beaucoup de ces découvertes avaient été suggérées par d’illustres ophtalmologistes « visionnaires ». Ainsi, si la précocité et la sévérité de l’amaurose de Leber n’incitait pas à la recherche d’une hétérogénéité phénotypique et génétique, ce deux dernières notions s’imposèrent néanmoins et s’avérèrent spectaculaire et caricaturale au sein des dystrophies rétiniennes.

À l’inverse, la maladie de Stargardt particulièrement variable dans sa présentation clinique était considérée au début des années quatre vingt-dix comme vraisemblablement sous la dépendance de plusieurs gènes. La mise en lumière d’une homogé- néité génétique très paradoxale a démontré que dans le domaine encore en démembrement des maladies héréditaires de la rétine, toute vérité a son contraire.

Dans ces deux affections, les résultats rapides ont suscité un regain d’intérêt de la part des médecins, impuissants jusqu’alors à exercer leur mission de thérapeutes, en les réinvestissant dans des maladies « un peu oubliées ». Dans le même temps, les patients ont retrouvé confiance et se sont rapprochés du monde des soignants, encouragés par les associations de lutte contre ces maladies, pour provoquer ou catalyser des recherches à visée thérapeutiques. Ces efforts viennent de se concrétiser par le premier essai clinique humain d’une forme particulière d’amaurose congénitale de Leber dont nous appelons le succès de tous nous vœux.

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DISCUSSION

M. Jean-Louis DUFIER

Les études en biologie moléculaire peuvent-elles conforter l’hypothèse que la maladie de Stargardt pourrait être une forme précoce de dégénérescence maculaire liée à l’âge dont l’aspect clinique est très proche, voire même identique ?

Les travaux de cartographie génétique menés au début des années 90 pour deux dystrophies maculaires — l’une juvénile, la maladie de Stargardt, l’autre d’installation tardive, le fundus flavimaculatus — identifièrent une seule et même région chromosomique, suggérant l’implication d’un même gène. Cette découverte souleva l’hypothèse de l’existence à ce locus d’un continuum de maladies maculaires s’installant depuis l’enfance jusqu’à des âges avancés de la vie. Au-delà, c’est la question d’un lien entre ces affections monogéniques et des maladies multifactorielles d’aspect ophtalmoscopique très proche, les dégénérescences maculaires liées à l’âge atrophique, qui était posée. A la fin des années 90, l’identification du gène ABCR/ABCA4 permit non seulement de démontrer l’allé- lisme de la maladie de Stargardt et du fundus flavimaculatus mais aussi de mettre en évidence une fréquence plus élevée que ne le voudrait le hasard de DMLA atrophique parmi les porteurs hétérozygotes de mutations du gène : le lien génétique entre les dystrophies maculaires héréditaires juvéniles et tardives, d’une part, et les dégénérescences maculaires liées à l’âge, d’autre part, était établi .

 

M. Jacques BATTIN

La transplantation de cônes et de bâtonnets chez la souris RP est-elle applicable à l’homme ? De quels essais thérapeutiques évoqués dans votre exposé s’agit-il ?

En 2006, pour la toute première fois, était rapportée une expérience réussie de greffe de photorécepteurs chez un animal atteint d’une dystrophie rétinienne héréditaire. L’équipe dirigée par Robin Ali à l’Institut d’Ophtalmologie de Londres parvenait en effet à déterminer le stade auquel les greffons doivent être prélevés pour avoir une chance de s’intégrer et d’établir des connections fonctionnelles avec les autres neurones rétiniens de la rétine receveuse : entre le troisième et le cinquième jour de vie postanatale chez la souris, c’est-à-dire lorsque les cellules ont tout juste commencé leur différenciation en photorécepteurs. Chez l’homme, pour obtenir des cellules rétiniennes à un stade de développement comparable à celui des cellules murines utilisées par Robin Ali et son équipe il faut réaliser un prélèvement sur fœtus entre les premier et deuxième trimestres de la grossesse. Nous n’entrerons pas dans les problèmes éthiques posés par l’obtention de telles cellules. Soulignons seulement que deux essais thérapeutiques de phase II se préparent chez l’homme. Le premier concerne des patients atteints de rétinopathie pigmentaire et le second s’adresse à des patients atteints de dégénérescence maculaire liée à l’âge. Les cellules rétiniennes seront prélevées sur des fœtus interrompus entre la neuvième et la seizième semaine de grossesse. Ces deux essais menés par le National Neurovision Research Institute (Kentucky, Etats-Unis d’Amérique) sont dans leur phase de recrutement des patients.

 

<p>* Génétique et Épigénétique des maladies métaboliques, neurosensorielles et du développement Inserm U781 — Institut Necker — Hôpital des Enfants Malades, 149, rue de Sèvres, 75743 Paris cedex 15 Tirés à part : Docteur Jean-Michel Rozet, même adresse Article reçu le 7 janvier 2009 et accepté le 19 janvier 2009</p>

Bull. Acad. Natle Méd., 2009, 193, no 1, 163-178, séance du 27 janvier 2009