Allèles du gène IT15

Innovations génétiques – Mutations ponctuelles et filiations entre allèles – Allèles du gène IT15 (Chorée de Huntington)

Informations scientifiques

La chorée de Huntington

Cette maladie se traduit par des mouvements involontaires et désordonnés, des perturbations du psychisme, des pertes de mémoire, des troubles du langage, et finalement de la démence. Ces troubles sont liés à une destruction progressive des neurones cérébraux, notamment de ceux des corps striés, impliqués dans la motricité.

Le gène de la huntingtine (IT 15)

Le gène IT15 est situé sur le bras court du chromosome 14. Il a été isolé et séquencé en 1995 et code pour une protéine, la huntingtine, dont le rôle est actuellement inconnu. Il s’exprime dans de nombreux tissus, notamment les neurones cérébraux des corps striés. Ce gène comprend 67 exons, et sa région codante est caractérisée par la présence d’un triplet CAG (brin non transcrit), près de l’extrémité 5’ (qui correspond à l’extrémité NH2 de la huntingtine), répété plusieurs fois à partir de la position 52.

Dans toutes les populations humaines, il existe de nombreux allèles qui diffèrent par le nombre de répétitions de ce triplet CAG.

On peut regrouper les allèles en deux catégories, en fonction du nombre de répétitions du triplet CAG et du phénotype clinique associé :

Les « variants normaux »

Ces allèles ont un nombre de répétitions du triplet CAG compris entre 9 et 39 ; les allèles les plus fréquents sont ceux qui ont un nombre de répétitions du triplet CAG compris entre 17 et 21. La fréquence de la majorité de ces allèles est supérieure à 1 %, et le gène IT15 est donc très polymorphe.

Le tableau ci-dessous indique les fréquences de ces allèles dans une population allemande (d’après

Hum. Mol. Gen., 1993, vol.2, n° 12, P. 2063-2067) :

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ANAGÈNE

Les « variants morbides »

Ils sont à l’origine de la chorée de Huntington, et possèdent un triplet CAG répété entre 36 et 121 fois, avec une fréquence maximale comprise entre 42 et 46 répétitions.

La très grande majorité des personnes atteintes de chorée de Huntington ont un allèle où le triplet CAG est répété plus de 40 fois. Il reste une indétermination pour un triplet répété entre 36 et 39 fois car selon les cas la possession d’un tel allèle est associée aux signes de la maladie et dans d’autres cas non.

La présence d’une expansion anormalement importante de l’acide aminé glutamine dans la huntingtine conduit à la mort neuronale par l’activation de la machinerie apoptotique : c’est une mort par apoptose (activation d’un programme intrinsèque de mort cellulaire).

Le tableau ci-dessous présente la fréquence des allèles morbides dans une population de personnes atteintes de chorée de Huntington. Toutes les personnes atteintes étaient hétérozygotes (d’après Hum. Mol. Gen., 1993, vol.2, n° 12, P. 2063-2067) :

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On a constaté l’apparition de cas de chorée de Huntington dans des familles où la maladie n’avait pas été identifiée précédemment. Etant donné la dominance du phénotype morbide, ces cas semblent dus

des néomutations. L’analyse au niveau moléculaire du gène IT15 chez de tels malades et leurs parents a révélé qu’un des parents, très généralement le père, possédait un allèle avec une répétition du triplet CAG comprise entre 30 et 38. Cet allèle paternel avait subi une mutation par expansion au cours de la spermatogenèse conduisant à un allèle où le triplet CAG était répété plus de 40 fois. En outre, dans les familles où le père est atteint, on a constaté une apparition plus précoce de la maladie chez les enfants atteints, liée à la possession d’un allèle morbide ayant plus de triplets CAG que l’allèle paternel. Il semble donc qu’au-delà de 30 répétitions, le gène IT15 ait tendance à muter avec expansion du triplet au cours de la spermatogenèse. Cette instabilité n’a pas été retrouvée pour les allèles dont le nombre de répétitions est inférieur à 30. Ainsi, les études au niveau moléculaire de ce gène semblent, pour un certain type d’allèles, révéler une fréquence de mutations assez élevée.

Les relations génotype / phénotype

Chez un individu hétérozygote les deux allèles s’expriment et on trouve donc les deux types de huntingtine dans les cellules.

Le phénotype morbide, et donc par extension l’allèle morbide, est dominant. L’explication de cette dominance reste très hypothétique, d’autant plus que le rôle physiologique de la huntingtine n’est pas encore élucidé. On pense que la huntingtine avec expansion de la glutamine agit dans le noyau pour induire l’apoptose.

L’âge d’apparition des premiers signes de la maladie varie en fonction de la nature de l’allèle morbide. En règle général, il est d’autant plus précoce que le nombre de répétitions du triplet CAG est élevé. En revanche, il y a peu de corrélations avec la gravité des symptômes présentés par le patient une fois la maladie exprimée.

En x, nombre de répétitions du triplet CAG dans l'allèle de la personne malade. En y, âge d'apparition des premiers signes de la maladie.

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ANAGÈNE

Pistes d’exploitation pédagogique des données fournies

Le gène IT15, dont certains allèles sont responsables de la chorée de Huntington est particulièrement polyallélique et polymorphe.

Bien que le rôle de la protéine codée par ce gène, la huntingtine, soit encore inconnu, les données fournies permettent d’aborder les notions suivantes :

Polymorphisme génique

Mutations par extension d’un allèle ; néomutations

Relations génotype/phénotype : relations de dominance/récessivité

Séquences et documents

Fichiers de séquences

« allelesIT15.edi » : séquences strictement codantes de 15 allèles du gène IT15, 9 « variants normaux » et 6 « variants morbides ». Le gène IT15 étant long (9435 nucléotides en moyenne), on s’est limité, pour chaque allèle, à une portion de la séquence codante, commençant au triplet d’initiation ATG et encadrant la partie répétée (le triplet répété commence à la position 52).

« allelesfamillechoree.edi » : séquences strictement codantes des allèles du gène IT 15 possédés par les membres de la famille dont l’arbre généalogique est fourni. Le gène IT15 étant long (9435 nucléotides en moyenne), on s’est limité, pour chaque allèle, à une portion de la séquence codante, commençant au triplet d’initiation ATG et encadrant la partie répétée (le triplet répété commence à la position 52).

Documents

« frequenceallelesIT15.doc » : tableaux de fréquence de quelques allèles du gène IT15 dans une population de personnes non malades et dans une population de personnes atteintes de la chorée de Huntington.

« choree-de-huntington.bmp » : présentation des symptômes de la chorée de Huntington et du gène IT15.

« arbrechoree.jpg » : arbre généalogique d’une famille touchée par la chorée de Huntington. L’âge d’apparition des premiers symptômes de la maladie des membres atteints de la chorée est indiqué.

En introduction, le document « choree-de-huntington.bmp » permet de motiver l’étude du polymorphisme de ce gène.

Caractéristiques des allèles du gène IT15

On peut considérer un seul allèle, le C18, par exemple, le traduire et constater qu’il est remarquable par la répétition d’un triplet CAG à partir du codon 18 qui se traduit au niveau protéique par la répétition de l’acide aminé glutamine. Cela facilitera l’analyse des résulats des comparaisons entre allèles. Il faut toutefois noter que cette répétition de la glutamine est suivie aussi d’une répétition de 11 proline codées par différents triplets, alors que la répétition de la glutamine est assurée par le même triplet CAG.

Recherche des différences entre les allèles

« allelesIT15.edi » :

Après avoir repéré les différences de longueur entre les allèles, il est conseillé de comparer d’abord deux allèles (par exemple les deux premiers) de façon à repérer la répétition d’un triplet CAG à partir de la position 52 et de comprendre que la différence entre les deux allèles consiste en une variation

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SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES : CLASSE TERMINALE, SÉRIE S

dans la nombre de triplets CAG répétés (un alignement avec discontinuités s’impose, les deux séquences n’ayant pas la même longueur).

Cette illustration montre que l’algorithme d’alignement ne révèle pas que l’expansion de C13 par rapport à C11 commence par le triplet CAG. Cela est dû à la présence d’un C dans le premier triplet qui suit la répétition CAG. Il est utile d’utiliser la règle en triplet pour bien visualiser que la différence débute par un triplet CAG.

Remarque : Le nom de l’allèle indique le nombre de répétitions du triplet CAG qu’il possède.

Une comparaison de plusieurs allèles peut ensuite être réalisée pour confirmer le fait que les allèles diffèrent uniquement par le nombre de répétitions du triplet CAG. On aboutit donc à l’idée que les différences entre les allèles de ce gène résident dans le nombre de répétitions d’un triplet CAG.

Le document « frequencesallelesIT15.doc »

Il permet alors d’introduire la notion de polymorphisme de ce gène lié à cette répétition de triplets. Il permet également de constater que la chorée de Huntigton est liée à des allèles où le nombre de répétitions du triplet CAG est supérieur à 40.

Conseils pratiques :

Il est vraiment conseillé d’utiliser le curseur pour délimiter le triplet, sinon il est difficile à repérer.

Pour compter le nombre de triplets, positionner le grand curseur sur le premier triplet CAG (début au nucléotide 52, ou codon 18), et ensuite cliquer sur la flèche à droite de la barre de défilement ; le défilement se fait alors codon par codon et il suffit de compter le nombre de clics effectués pour connaître le nombre de répétitions du triplet CAG).

Pour dénombrer le nombre de répétitions de triplets, on peut aussi comparer la longueur des différents allèles et diviser la différence par 3.

On peut souhaiter changer le nom des allèles pour éviter que leur nom ne donne la réponse aux élèves sans qu’ils aient à compter eux mêmes le nombre de répétitions. Procéder alors de la façon suivante : à partir de la fenêtre « affichage de séquences », cliquer dans la barre de menus sur Options, puis sur « Protéger les données », ce qui déprotège les données (attention de ne pas indiquer cette procédure aux élèves, sinon, ils peuvent modifier les données d’origine !!) ; changer alors le nom de chaque allèle, puis sélectionner les données et les enregistrer dans la banque de séquences ou dans les thèmes d’étude personnels. Penser à reprotéger les données avant de poursuivre ! (il suffit de retourner dans Options et de cliquer sur « Protéger les données »).

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ANAGÈNE

Ne pas lancer d’alignement avec discontinuité pour un grand nombre de séquences en même temps si la capacité de votre ordinateur est limitée !

Mise en évidence de néomutations (origine de nouveaux allèles)

La lecture de l’arbre généalogique de la famille confronté avec le document « courbe-it15 » conduit à suspecter l’apparition de nouveaux allèles au sein de cette famille. La détermination des génotypes permet de tester l’idée.

« allelesfamillechoree.edi » : la comparaison (alignement avec discontinuité) entre les allèles d’un individu des générations I, II et III, et l’allèle C21 permet déterminer le génotype des individus. Pour l’individu IV,1, il faut utiliser comme références soit l’allèle 21 soit l’allèle 50.

Remarque : le choix de ces allèles de référence n’a aucune signification biologique. Compte tenu de l’algorithme d’alignement, les allèles C21 et C50 sont ceux qui visualisent le mieux l’expansion de chacun des allèles des individus de la famille.

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