INTRODUCTION

La très grande majorité des maladies sont d’origine multifactorielle résultant de l’interaction défavorable de facteurs génétiques de prédisposition et de facteurs de l’environnement. Elles diffèrent radicalement des maladies monogéniques qui, par définition, dépendent de l’anomalie d’un seul gène (encore que l’expression de cette anomalie puisse être modulée par d’autres gènes) et seulement à un faible degré de l’environnement. La pénétrance de ces maladies est mesurée par la fréquence de leur survenue chez les sujets présentant l’anomalie génétique considérée.

TABLEAU 1. — Concordance intrafamiliale pour les principales maladies autoimmunes.

Jumeaux

Germains

Germains monozygotes

HLA identiques

Diabète de type 1 35-50 % 7 % 15 % Maladie de Basedow 30-60 % 7 % 15 % Maladie de Crohn 40 % 4 % Sclérose en plaques 10-20 % 0-4 % Lupus érythémateux disséminé 25-50 % 2-10 % Polyarthrite rhumatoïde 10-30 % 5-10 % 15 % Myasthénie 40 % 1-2 % L’abord du déterminisme génétique des maladies polygéniques est rendu difficile par le grand nombre de gènes en cause et par leur faible pénétrance, attestée par la faiblesse du taux de concordance pour la maladie observée dans les paires de jumeaux monozygotes pourtant tous deux soumis au même environnement régional, culturel et familial. Le tableau 1 présente les taux de concordance observés pour les principales maladies autoimmunes. Le problème est, en outre, compliqué par l’existence de gènes protecteurs. Ces difficultés n’ont pas freiné l’ardeur des généticiens, conscients de l’importance majeure de la découverte des gènes de prédisposition pour la majorité des pathologies, quelle que soit l’importance apparente du facteur héréditaire. Paradoxalement, plus grand est le nombre de gènes de prédisposition à une maladie donnée, plus basse sera l’hérédité apparente de la maladie, deux frères et sœurs ayant peu de chances d’hériter de leurs deux parents des mêmes allèles de gènes multiples. Le défi ainsi posé aux généticiens est considérable. Les enjeux ne le sont pas moins tant les retombées attendues de la dissection des gènes de prédisposition sont importantes : prédiction de la survenue des maladies, contribution à l’évaluation du pronostic ou de la sensibilité à certains traitements, nouvelles clés pour la compréhension du mécanisme des maladies, identification de nouvelles cibles thérapeutiques.

DEUX GRANDES VOIES D’APPROCHE MÉTHODOLOGIQUE [1, 2]

L’identification des gènes de prédisposition peut être abordée selon deux stratégies sensiblement différentes : l’étude de gènes candidats et le criblage systématique du génome.

Les gènes candidats

Les hypothèses formulées sur la plupart des maladies désignent des molécules définies dans la pathogénie sans qu’on puisse toujours affirmer, a priori, que des particularités de ces molécules, concernant leur structure ou la régulation de leur
expression, puissent concourir au déclenchement ou à la progression de ces maladies. Il est dès lors logique de rechercher une éventuelle association entre une anomalie ou un polymorphisme du gène commandant la synthèse de cette protéine et la maladie en question.

Cette stratégie s’est montrée fructueuse dans quelques cas. S’agissant des maladies dysimmunitaires, il a ainsi été montré que le polymorphisme des gènes HLA, dont les produits, les molécules HLA, qui ont un rôle central dans la présentation aux cellules T des antigènes peptidiques à la surface des macrophages et des cellules dendritiques, était associée à la plupart des maladies autoimmunes [3]. De même, la myasthénie, qui est due à l’action pathogène d’autoanticorps dirigés contre le récepteur de l’acétylcholine, est associée à un polymorphisme du gène du récepteur de l’acétylcholine [4]. Dans ces deux exemples, il convient de noter que l’association observée implique des variants polymorphes des gènes de prédisposition sans anomalie flagrante des protéines en question.

Dans un autre exemple, celui des bécégites observées chez de rares enfants après vaccination par le BCG, l’analyse de gènes candidats a permis de reconnaître des mutations dans le gène de cytokines jouant un rôle essentiel dans la défense immunitaire contre les mycobactéries notamment l’interféron gamma et l’interleukine 12. Dans cet exemple, l’anomalie génétique est associée à une absence d’expression du récepteur de la cytokine [5].

La méthode des gènes candidats bénéficie de la connaissance des gènes de la très grande majorité des protéines. En d’autres termes, elle peut être appliquée à toute molécule candidate à jouer un rôle dans la physiopathologie d’une maladie. Elle souffre cependant d’une faiblesse liée aux déséquilibres de liaison qui associent les polymorphismes de gènes situés à proximité les uns des autres sur un segment de chromosome. Même quand une association a été observée, confirmée par des études de liaison au sein des familles, il est difficile d’affirmer la responsabilité du gène en question. Il est, en effet, essentiel de savoir, dans la majorité des cas, si la prédisposition est due au gène candidat identifié ou à un gène voisin, éventuellement inconnu. Le problème est aggravé par la proximité fréquente au sein de segments restreints du génome de plusieurs gènes codant pour des molécules impliquées dans les mêmes systèmes biologiques. Même pour ce qui concerne les gènes HLA, il est difficile d’exclure le rôle de gènes présents dans le complexe majeur d’histocompatibilité sur le chromosome 6 mais distincts des gènes HLA. Le problème est compliqué par le fait que deux gènes voisins distincts, hérités ensemble dans un haplotype, peuvent avoir un effet synergique pour la prédisposition à la maladie.

Une synergie de ce type est probablement en cause dans nombre de maladies autoimmunes en particulier pour les gènes HLA, un gène situé entre les gènes HLA-B et TNF, contrôlant, de façon non spécifique de l’antigène, le niveau des réponses autoimmunes [6].

L’implication du gène considéré est d’autant plus plausible que des anomalies de son expression sont observées dans la maladie en question. Cela est notamment le
cas dans le diabète insulinodépendant où le polymorphisme du promoteur du gène de l’insuline est non seulement associé à la maladie, mais aussi au niveau d’expression du gène de l’insuline dans le thymus au site même où s’opère la sélection des cellules T autoréactives spécifiques de l’hormone [7].

Le criblage du génôme

De très nombreux marqueurs polymorphiques balisent le génome. Les VNTR (Variable Number Tandem Repeats) puis surtout les microsatellites ont été utilisés avec un grand succès au cours de ces quinze dernières années pour rechercher des associations entre des polymorphismes de ces marqueurs et certaines maladies (mono puis polygéniques). La coségrégation au sein de familles de certains polymorphismes et de la maladie permet, en effet, d’identifier avec précision des régions chromosomiques comportant des gènes de susceptibilité. La disponibilité récente de nouveaux marqueurs bialléliques, les SNP (Single Nucleotide Polymorphism) a encore accru l’efficacité des études de criblages génomiques. Le nombre très élevé des SNP et la facilité de l’identification des allèles leur a désormais donné une place prédominante. L’utilisation de robots permettant l’étude simultanée d’un grand nombre de SNP et de méthodes bioinformatiques très puissantes ont augmenté de façon considérable l’efficacité de l’approche. La connaissance de la quasi totalité de la séquence du génome humain permet une fois une région chromosomique identifiée de connaître la majorité (mais pas la totalité) des gènes présents dans l’intervalle.

La méthode est compliquée mais aussi paradoxalement simplifiée par l’existence de très nombreux déséquilibres de liaison. Un effort international concerté, le projet HAPMAP, a déjà permis de reconnaître les principaux déséquilibres de liaison en commençant à établir la carte des haplotypes (un haplotype correspond à une région chromosomique où les gènes sont liés), dans différentes populations [8]. Ces désé- quilibres de liaison représentent une complication car il peut être difficile d’identifier le locus responsable dans un haplotype associé à une maladie surtout si on rappelle que plusieurs gènes potentiellement intéressants sont souvent associés dans un même haplotype, comme dans l’exemple caricatural du complexe majeur d’histocompatibilité. Les déséquilibres de liaison peuvent aussi représenter une simplification car on peut réduire le nombre de SNP utilisés pour le criblage dans la mesure où chaque haplotype peut être détecté par un nombre plus restreint de SNP qu’il ne serait nécessaire pour l’ensemble des gènes compris dans l’haplotype s’ils n’étaient pas associés.

Le criblage génomique a été utilisé de façon extensive pour la plupart des maladies polygéniques les plus fréquentes. Pour être informatives, les études doivent analyser des ADN d’un nombre très élevé de sujets (plusieurs centaines par étude) s’appuyant sur une base de données cliniques robustes. Les résultats des études multiples déjà réalisées sont relativement modestes à quelques exceptions près au demeurant parfois spectaculaires. La déception est venue du nombre très élevé de régions de prédisposition reconnues dans les principales maladies étudiées (plus
d’une dizaine très souvent). Chaque région doit être confirmée par une étude indépendante. En fait, la région prend toute sa valeur lorsqu’un gène de prédisposition précis est reconnu en son sein. Cela a été récemment le cas dans la maladie de Crohn où un gène codant pour un récepteur intracytoplasmique intervenant dans l’immunité innée, la protéine NOD2/CARD15, a été reconnue avec des mutations clairement identifiées chez les patients atteints de maladie de Crohn [9].

De même en s’appuyant sur un ingénieux aller et retour homme-souris-homme, le gène responsable de la prédisposition à l’asthme présent sur le chromosome 5 a été identifié (le gène TIM-1) qui code pour le récepteur du virus de l’hépatite A, qui intervient de façon inattendue dans la stimulation des cellules TH2 impliquées dans les maladies atopiques [10].

Dans ce cas, cependant, et cela sera potentiellement le cas dans la plupart des maladies, le gène n’est pas muté mais présente un polymorphisme également retrouvé chez certains sujets sains : la protéine n’est apparemment pas anormale [11].

COMBIEN DE GÈNES ?

En dépit des nombreuses difficultés mentionnées plus haut, il est désormais possible d’identifier certains gènes de prédisposition aux maladies polygéniques. Le problème persiste néanmoins du nombre de gènes intervenant dans le déterminisme de chaque maladie. Les études déjà réalisées à grande échelle dans un nombre croissant de maladies humaines ainsi que dans certaines maladies animales spontanées ou provoquées font apparaître l’intervention d’un nombre élevé de gènes de prédisposition (plus de vingt dans le diabète de type 1) [12]. On se serait attendu dans les maladies où le facteur héréditaire est bien apparent à ce que ce nombre reste limité.

Comment expliquer, en effet, qu’un pourcentage élevé de frères et sœurs atteints de la même maladie aient hérité avec une aussi grande fréquence (7 % dans le cas du diabète de type 1 pour une pénétrance d’environ 40 %) d’un grand nombre d’allèles identiques de chaque parent ?

Plusieurs hypothèses peuvent être avancées pour expliquer ce paradoxe :

— Parmi les multiples gènes reconnus seule une faible fraction d’entre eux, par exemple 3 ou 4, interviennent dans la majorité des cas. Il pourrait y avoir des gènes de prédisposition majeurs et mineurs à l’instar des gènes majeurs et mineurs d’histocompatibilité. De fait, les gènes HLA sont des gènes majeurs de prédisposition aux maladies autoimmunes assurant presque la moitié de l’héré- dité.

— Certains de ces gènes sont présents dans une large fraction de la population générale, ce qui abaisse considérablement le risque relatif qui leur est associé.

— Certains gènes ne s’expriment qu’en combinaison avec d’autres gènes. C’est la combinaison de ces gènes qui est associée au facteur de risque.

— Des gènes différents sont impliqués dans différentes familles surtout lorsqu’elles appartiennent à des ethnies différentes.

— Des erreurs se sont introduites dans l’identification de certains gènes.

LE RÔLE DE L’ENVIRONNEMENT

L’observation que le plus souvent le taux de concordance pour la maladie entre jumeaux monozygotes est inférieur à 40 % voire à 20 % ou 10 % indique bien le rôle de l’environnement dans le déterminisme des maladies polygéniques.

L’environnement peut intervenir en déclenchant le processus pathogène, en aggravant la symptomatologie ou en favorisant l’émergence de complications. Ces distinctions sont importantes à considérer. Ainsi dans l’asthme peu d’arguments suggèrent un rôle déclenchant de la pollution alors que son intervention dans l’aggravation des symptômes apparaît plus clairement. Le rôle déclenchant des facteurs de l’environnement est logiquement lié à l’expression des gènes de prédisposition. Force est de reconnaître que très peu est encore connu aujourd’hui sur les interactions entre des facteurs de l’environnement précis et des gènes de prédisposition.

Une autre complication est liée au fait que certains facteurs de l’environnement ont un effet protecteur. Il apparaît ainsi que les infections puissent protéger de façon non spécifique de la survenue des maladies allergiques et autoimmunes et peut être de certains lymphomes ou leucémies [13].

CONCLUSION

L’étiologie des maladies polygéniques est complexe. Il n’y a, en règle, pas une cause unique même si un facteur d’ordre génétique ou environnemental peut apparaître comme causal dans la mesure où son intervention est nécessaire. Celle-ci n’est cependant pas suffisante car la présence d’autres facteurs génétiques ou environnementaux est nécessaire. Le cas d’Helicobacter pylori dans l’ulcère de l’estomac en fournit l’illustration.

Les progrès réalisés sur le déterminisme génétique des maladies polygéniques a considérablement progressé depuis quinze ans. En dépit des progrès de la génétique moléculaire, la tâche se révèle plus ardue qu’on ne l’avait sans doute initialement pensé. Espérons que les outils les plus récents permettront d’accélérer la progression des connaissances. Les enjeux sous-jacents à ces études justifient les efforts considé- rables qui leur sont consacrés.

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[9] HUGOT J.P., CHAMAILLARD M., ZOUALI H. et al. — Association of NOD2 leucine-rich repeat variants with susceptibility to Crohn’s disease.

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[11] MCINTIRE J.J., UMETSU S.E., MACAUBAS C. et al. — Hepatitis A virus link to atopic disease.

Nature , 2003, 425 , 576.

[12] POCIOT F., MCDERMOTT M.F. — Genetics of type 1 diabetes mellitus.

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[13] BACH J.F. — The effect of infections on susceptibility to autoimmune and allergic diseases. N.

Engl. J. Med. , 2002, 347 , 911-920.

DISCUSSION

Mme LE DOUARIN

Qu’en est-il de la ‘‘ molecular mimicry ’’ dans le déclenchement du diabète de type 1 ?

Le mimétisme moléculaire est, effectivement, un des grands mécanismes par lesquels un agent infectieux peut déclencher une maladie auto-immune. C’est notamment le cas dans le rhumatisme articulaire aigu qui fait intervenir des déterminants antigéniques communs entre les streptocoques beta hémolytiques et le tissu cardiaque. C’est aussi le cas du syndrome de Guillain-Barré où interviennent des réactions croisées entre un lipooligosaccharide de Campylobacter jejeuni et un ganglioside des nerfs périphériques.

M. Roger NORDMANN

Les recherches récentes ont porté sur les systèmes dopaminergiques et sérotoninergiques. Ne convient-il pas de les développer et d’y inclure l’étude du polymorphisme des récepteurs centraux aux cannabinoïdes dont l’implication dans les addictions apparaît de plus en plus évidente ? Ces recherches pourraient bénéficier de la mise à disposition de souches de rongeurs manifestant une préférence vis-à-vis de l’alcool (Sardinian alcohol prefering mice, par exemple)

Cette remarque est très intéressante. Il est important de rechercher des associations entre le développement d’états d’addiction et des polymorphismes des gènes des récepteurs correspondants.

M. André VACHERON

L’hypertension artérielle est un exemple de maladie polygénique et environnementale.

L’identification des gènes devrait permettre l’instauration d’une prévention avant l’extériorisation de la maladie (à l’âge adulte le plus souvent) dans le cadre d’une véritable médecine prédictive. Qu’en pensez-vous ?

L’application de la connaissance des gènes de prédisposition à la médecine prédictive est logique. Il est bon, cependant, que la caractérisation de ces gènes soit doublée de la mise en évidence de marqueurs biologiques ou d’anomalies cliniques indiquant le début du processus pathologique. La connaissance d’une prédisposition génétique a le grand intérêt de cibler la surveillance sur les populations à risque et ainsi d’éviter tout retard au diagnostic. Ces remarques concernent particulièrement les maladies souvent cliniquement latentes comme l’hypertension artérielle.

M. Jean ROSA

Comment peut-on expliquer qu’il n’y ait que 40 % de concordance d’apparition du diabète de type 1 chez des jumeaux monozygotes ? Il est difficile d’avancer des influences environnementales pour des enfants qui, le plus souvent, ont un environnement pratiquement identique.

Il est vrai que les jumeaux monozygotes sont exposés pour l’essentiel au même environnement, au moins pendant l’enfance mais cela n’est pas absolu et il reste difficile de trouver d’autres explications que l’environnement aux taux relativement élevés de discordance entre jumeaux monozygotes observés dans la plupart des maladies polygéniques.

M. Bernard PESSAC

Les ‘‘ single nucléotide polymorphismes ’’ (SNP) sont-ils identiques chez les jumeaux monozygotes ?

Sans être complètement compétent pour répondre de façon formelle à votre question, la connaissance que j’ai du sujet m’indique que s’il y a quelques différences elles sont d’une grande rareté et ne peuvent expliquer, a priori, les discordances observées entre jumeaux monozygotes.

Bull. Acad. Natle Méd., 2005, 189, no 5, 771-778, séance du 10 mai 2005