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Les codons Stop prématurés (PTC) représentent un tiers des mutations responsable de maladies génétiques et de cancers et sont identifiés chez environ 10% des patients atteints de mucoviscidose.

La mucoviscidose est la maladie génétique grave la plus fréquente dans la population caucasienne.

Dates clés

La mucoviscidose est une maladie rare et génétique qui touche en majorité le système digestif et les voies respiratoires. La mutation la plus fréquente de la mucoviscidose est apparue il y a près de 5 000 dans le sud-ouest de l’Europe.

Voici quelque dates clés qui ont permis une avancée pour la lutte contre cette maladie :

•  En 1989 l’équipe de Lap-Chui Tsui découvre que le gène responsable de la maladie est localisé sur le chromosome 7 et qu’il code pour une protéine transmembranaire se nommant Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator (CFTR).
•       En 2002 le dépistage néonatal et l’agrément par le ministère de la Santé des Centres de Ressources et de Compétences de la Mucoviscidose a été mis en place au niveau national en France.

CFTR (Cystic fibrosis transmembrane conductance regulator)

Microbial infection in cystic fibrosis | British Society for Immunology

Si la protéine CFTR est non fonctionnelle les cellules épithéliales seront incapable de sécréter les ions chlorure et d’inhiber l’import sodique, ce qui rend le milieu intra cellulaire fortement saline et par osmose va provoquer la rétention de l’eau de l’espace extracellulaire. La conséquence étant un mucus déshydraté et fortement épais dû à sa viscosité. CFTR étant exprimé de manière constitutive dans les cellules épithéliales, la mucoviscidose touche un grand nombre de tissus comme les voies respiratoires, le pancréas, tube digestif, la peau et aussi l’appareil reproductif.

Les symptômes de la Mucoviscidose

Voies respiratoires

Les voies aériennes supérieures

Symptôme au niveau digestif et nutritionnel

Trouble de la fertilité 

• Les hommes atteints de mucoviscidose souffrent d’infertilité dans la plupart des cas car ils présentent un nombre de spermatozoïdes faible, voire nul
• Chez les femmes, la fécondité est un peu diminuée mais la grossesse et le développement du fœtus sont normaux.

Trouble oculaire 

Symptôme nouveau né 

Evolution symptôme et complication

L’évolution de la maladie diffère selon le patient et les organes touchés. Certaines formes apparaissent tardivement et de manière prolongée.

Lors de l’adolescence, et plus encore à l’âge adulte, les symptômes de la mucoviscidose ont tendance à s’accentuer entraînant :

• Chez les adolescents un retard de croissance et une puberté tardive
• La rupture des alvéoles ,l’air circule dans la cavité pleurale (pneumothorax) et affaisse le poumon.
• Hémorragie dans les voies respiratoires
• Une dépression et de l’anxiété,
• Une perte auditive sensorielle
• Bourdonnement d’oreille (acouphènes)
• Trouble du sommeil
• Cancer des canaux biliaires, du pancréas et des intestins

Une prise en charge dès le plus jeune âge et rigoureuse assure au patient une meilleure qualité de vie. Elle permet de diminuer remarquablement la fréquence des symptômes de la mucoviscidose.

Démographie

En France on dénombre environ 6000 patients et 200 enfants naissent avec la mucoviscidose chaque année (1/4500). On s’attend à 9000 patients d’ici 2025. 

Sur ce graphique on observe : 

• Le nombre de patients passe de 1500 en 1992 à 7000 en 2020 patients suivis. Le gène ayant été découvert en 1989, la maladie était alors récente et peu connue les études et les travaux d’information et de dépistages ont contribué à faire augmenter ce chiffre. 
• La proportion adulte/enfant s’inverse. En effet, on passe de 17.8% d’adultes suivis et traités en 1992 à 59.7% en 2020,cela signifie que l’espérance de vie a augmenté. 

La deuxième hypothèse se confirme en observant la pyramide des âges : 

En 10 ans on observe un élargissement de la pyramide des âges. Cela signifie que ces 10 dernières années, l’espérance de vie a augmenté. Les couleurs foncées représentent les données de 2020 et les données claires sont celles enregistrées en  2010. 

On observe qu’en 2020 il y a 120 garçons dans la population française atteints de mucoviscidose. Il y en avait 75 en 2010. L’écart s’intensifie lorsque l’on monte dans la pyramide.

On avait environ 35 femmes de 31 ans atteintes de mucoviscidose il y a 12 ans tandis qu’on on dénombrait environ 85 il y a 2 ans. 

On observe également le rétrécissement des effectifs après l’espérance de vie moyenne (50 ans).

.

On observe ce type de pyramide pour la population française générale. On conclut que le nombre d’enfants qui naissent avec la maladie diminue et l’espérance de vie se rallonge. 

Géographie 

On observe de très fortes disparités de l’incidence au niveau régional. 

Le Nord-Pas-de-Calais, la Bretagne et la Provence-Alpes-Côte-d’Azur ont des incidences qui peuvent atteindre 18 malades pour 100 000 habitants. Tandis que des départements comme l’Essonne ont des incidences à 8 malades pour 100 000 habitants. 

Cela représente 1 naissance sur 3000 en Bretagne et 1 naissance sur 7800 dans le Languedoc-Roussillon (1/4500 étant la moyenne nationale). 

Mortalité 

En ce qui concerne la mortalité, On observe entre les années 1992 et 2002 une hausse des décès et du taux brut de mortalité (En démographie, le taux de mortalité (ou taux brut de mortalité) est le rapport entre le nombre annuel de décès et la population totale moyenne sur une période et dans un territoire donné.) qui touche de manière égale les hommes et les femmes. 

Depuis 2002 en revanche le taux brut de mortalité est en très nette hausse tandis que le nombre de patients décédés est quasi stagnant. Il ne faut pas oublier que le nombre de patients est en hausse et que ces chiffres sont très encourageants.

Autres chiffres mesurables

Le nombre de transplantations dans l’année est également en nette hausse. I

Dépistage

Depuis 2002, la mucoviscidose fait parties des 6 maladies qui sont dépister à la naissance.

 Le diagnostic prénatal de la mucoviscidose consiste à prélever du liquide amniotique au cours d’une amniocentèse ou des cellules du placenta dans l’utérus de la femme enceinte, afin de réaliser une analyse génétique de l’embryon

Un dépistage néonatal (test de Guthrie), Effectué au troisième jour de la vie, le dépistage prend la forme d’une prise de sang fait au niveau du talon du nouveau-né. Cet examen sanguin permet de réaliser la dosage d’une enzyme fabriqué par la pancréas, la trypsine immunoreactive ou TIR

Si les analyses révèlent un taux élevé de la trypsine un test génétique qui consiste à étudier le gène de la protéine CFTR est fait. La recherche s’effectue sur les 30 mutations les plus fréquentes

 Cet examen permet d’identifier un ou deux mutations de ce dernier.

Si les examens révèlent un ou deux mutations de gènes ou si l’hypertrypsinemie( taux élevé de la trypsine immunoreactive) persiste, un test de sueur est proposé.ce dernier donne la possibilité de faire un diagnostic.

 En accord avec la législation française, unconsentement parental écrit au dos du carton est demandé pour tout nouveau-né et permettra de réaliser l’analyse des mutations CFTR si la valeur de la TIR est au-dessus du seuil (0,5 % des nouveau-nés).

En cas de non consentement parental

(absence ou refus) ou si aucune mutation n’est retrouvée avec une valeur de TIR J3 ultra-haute(, un contrôle de TIR est réalisé vers le 21e jour (J21).

les enfants chez qui on a identifié deux ou une mutation(s) ou une TIR J21 au-dessus du seuil sont convoqués, afin de réaliser un test de la sueur (TS) qui consiste à stimuler la transpiration au niveau de l’avant bras en utilisant un courant électrique de faible intensité avant de recueillir la sueur et d’analyser. Une concentration de chlore supérieur à 60millimoles par litres permet de dire que la personne est malade.) qui réfutera ou confirmera le diagnostic de MV.

au 3ème jour de vie. Si ce premier dosage révèle une valeur supérieure à un seuil d’alerte de 55 µg/l (dosage appelé TIR1 à J3), alors deux nouveaux dosages au 3ème jour (dosage appelé TIRmoy à J3) sont réalisés, et si leur moyenne est supérieure ou égale à un seuil d’action de 65 µg/l, 

alors une recherche des mutations du gène CFTR est effectuée.

Les différents acteurs liés à la mucoviscidose :

Centre de Ressources et de Compétences de la Mucoviscidose:

Nous pouvons observer ci dessus la carte des différents CRCM (Centre de Ressources et de Compétences de la Mucoviscidose). Lorsqu’une personne est atteinte de la mucoviscidose, il est important qu’elle soit dirigée vers un de ces centres. Il en existe 45 en France. Ces centres peuvent être soit spécialisés pour les enfants, soit pour les adultes ou les deux.

Les associations :

Interviews :

Nous avons eu l’opportunité d’interviewer deux personnes atteintes de la mucoviscidose et ayant fait le choix d’exercer un métier en lien avec cette maladie. Vous pouvez ci-dessous consulter le résumé des deux interviews qui ont été faites. De plus, vous avez la possibilité de revoir l’interview avec Paul Fontaine en cliquant sur son nom.

• Paul Fontaine

résumé et points important :

• Maxime Foulon

résumé et points important :

La mucoviscidose se caractérise par des sécrétions visqueuses au niveau de plusieurs organes, principalement les poumons et le pancréas.

A l’heure actuelle, il existe des antibiotiques dirigés contre les inflammations pulmonaires (insuffisance respiratoire) car les personnes atteintes de mucoviscidose ont du mucus qui s’installe dans les poumons, ce qui favorise la prolifération de bactéries pathogènes (gros risque de complication). Il existe donc beaucoup de traitements pour prévenir les complications liées à cette maladie. De plus, la santé mentale des patients est aussi très importante c’est pourquoi ils sont la plupart du temps suivis par des psychologues (cf. Tableau récapitulatif des traitements préventifs).  

Les soins de la mucoviscidose sont multiples et quotidiens. Ils permettent de faciliter l’évacuation du mucus et la digestion. Leur suivi rigoureux est essentiel.

Pour lutter contre les troubles digestifs, les difficultés respiratoires, les carences en vitamine et les infections, les patients atteints de mucoviscidose doivent ingérer chaque jour une vingtaine de médicaments et se plier à une ou plusieurs séances d’aérosols et de kinésithérapie respiratoire. 

Des extraits pancréatiques leur sont nécessaires pour mieux digérer les graisses, compenser la malabsorption des lipides dans l’intestin grêle et corriger les déficits nutritionnels. Auxquels s’ajoutent des suppléments vitaminiques A, D, E, K et bêta carotène, des oligo-éléments et du magnésium si carence. Parfois, s’ajoute un autre traitement en cas de diabète. En cas de problème au niveau des fonctions respiratoires, le médicament pulmozyme est souvent prescrit.

Le coût annuel moyen des montants remboursés par l’assurance maladie est de 21 500 euros par patient, sachant que le coût moyen annuel des traitements en France est entre 15000 et 25000 euros. La part la plus élevée est consacrée aux médicaments avec un peu plus de 8 000 euros, puis à l’hospitalisation (7 300 euros). Les dispositifs médicaux dont le coût s’établit autour de 2 300 euros concernent surtout les appareils générateurs d’aérosols, l’oxygénothérapie, le matériel de perfusion et certains nutriments. La prise en charge de l’assurance maladie atteint en moyenne 2 200 euros pour la kinésithérapie et 900 euros pour les soins infirmiers.

Pour la prise en charge globale du patient, notamment psychologique, le patient nécessite d’être suivi par un psychologue ainsi que ses proches.

En effet, le moral du patient prenant une part importante dans son rétablissement, il est important d’être suivi. C’est pourquoi dès l’enfance, le patient a accès à des prises en charge à l’école grâce à des aides en parallèle des études.

Les recherches en cours

Nous savons qu’environ 10% des maladies humaines sont liées à l’apparition d’une mutation non-sens (PTC). Ce type de mutation provoque une terminaison prématurée de la traduction, conduisant à la synthèse d’une protéine tronquée ou à la dégradation de l’ARN et donc à l’absence de protéine.

Les recherches en cours pour restituer la protéine tronquée sont basées sur le mécanisme de translecture.

Comme à ce jour aucun traitement n’est disponible pour les patients atteints d’une maladie génétique causée par une mutation non-sens, l’identification de correcteurs efficaces de mutations non-sens est un enjeu majeur de la santé publique.

Les antibiotiques

Depuis une dizaine d’années, une stratégie thérapeutique utilisant la translecture est en cours de développement. Elle consiste à re-synthétiser une protéine complète en utilisant des molécules favorisant l’incorporation d’un ARNt au niveau de ce codon stop prématuré. Actuellement, les molécules les plus utilisées sont les antibiotiques de la famille des aminoglycosides (gentamicine, amikacine) qui se fixent au niveau du centre de décodage du ribosome.

Les antibiotiques testés étant déjà utilisés en milieu hospitalier, cela est très encourageant pour la recherche de traitement de la mucoviscidose PTC. Cependant, ils présentent encore des effets secondaires importants, il est donc préférable pour le futur de s’intéresser à des molécules similaires afin de garder le même mode d’action mais sans les effets indésirables observés.

Les antibiotiques agissant par translecture permettent une lecture imparfaite du codon stop rendant les facteurs de terminaison moins efficaces et permettant la poursuite de la traduction afin d’obtenir une protéine fonctionnelle.

Les antibiotiques les mieux décrits pour induire des erreurs lors de la terminaison de la traduction sont la gentamicine, le G418 et la paromomycine. Il a été récemment découvert un effet similaire avec deux autres antibiotiques : la tobramycine et l’amikacine. D’autres antibiotiques de la famille des aminoglycosides n’ont aucun effet mesurable sur l’efficacité de terminaison de la traduction (Kanamycine, HygromycineB). Les raisons pour lesquelles certains antibiotiques sont efficaces et d’autres non, demeurent encore incertaines, d’autant que les différences structurales sont parfois assez faibles. C’est pour cela que les recherches sont toujours en cours malgré des résultats positifs car on ne trouve pas encore les raisons des différences d’efficacité entre les patients. Il a été démontré indépendamment par deux équipes Américaines que l’efficacité de suppression de ces antibiotiques était fortement dépendante du codon stop et de son contexte nucléotidique. 

Il est donc important de retenir que lorsqu’une cellule est traitée par un de ces antibiotiques, tous les codons STOP ne vont pas être supprimés avec la même efficacité. Ceci permet à la cellule de continuer d’exprimer la plupart des ses gènes de manière tout à fait normale.

Le champignon Lepista inversa

Pour affiner nos recherches, sur les thérapies en cours ayant pour but de lutter contre le codon STOP prématuré dans le gène CFTR (qui entraîne la mucoviscidose), nous avons contacté Fabrice Lejeune. Il est directeur de recherche  au sein du laboratoire CANcer Heterogeneity, Plasticity and Resistance to THERapies (Inserm/ CNRS/ Université de Lille/Institut Pasteur de Lille/CHU de Lille et ancien élève de la faculté d’Orsay, spécialisé dans le mécanisme de contrôle qualité du NMD (Nonsense-Mediated mRNA Decay) et de l’épissage alternatif. En 2005, il a commencé à étudier ce qui est maintenant sa thématique de recherche : les molécules capables de corriger les mutations non-sens.

Pourquoi ce champignon possède cette activité correctrice de mutations non-sens ? ce qu’on sait, c’est que ce champignon n’a pas beaucoup de parasites, on pourrait imaginer que c’est un système de défense pour ce champignon, et que du fait de cette activité, il va entraîner chez celui qui va venir l’agresser, un problème au niveau de la traduction, ce qui pourra entraîner des productions de protéines aberrantes chez ce dernier. 

Ces molécules ont été analysées et les recherches sur la clitocine ont été abandonnées car elle a été caractérisée comme toxique. Cependant, la DAP n’a pas été caractérisée comme toxique, les recherches ont donc été poursuivies à partir de 2014-2015. La DAP est donc une molécule qui serait capable d’agir contre les mutations à codon STOP, mais seulement pour les mutations UGA. 

Mais comment fonctionne la DAP ? Au niveau de la traduction, la reconnaissance des codons de terminaison prématuré est étroitement liée au mécanisme de terminaison. Chez les organismes eucaryotes, lorsque le ribosome atteint un codon stop, une compétition se produit au niveau du site A du ribosome entre les ARN de transferts proches cognat et les facteurs de libération eRF1 et eRF3 (cf. schéma de terminaison).

La DAP arrive à reconnaître le codon stop prématuré car il y a une différence d’environnement moléculaires et structurales entre une terminaison prématurée et une terminaison physiologique. Elle inhibe l’enzyme FTSJ1 chez l’homme et TRM7 chez la levure. Cette enzyme modifie post-transcriptionnellement certains ARNt ce qui leur confère leur structure et leur fonction normale et leur permet d’assurer la fidélité de reconnaissance des codons par l’ARNt et son anticodon. Ainsi, en inhibant FTSJ1, les ARNt portant le tryptophane (Trp) et reconnaissant les codons UGG ont acquis la capacité de reconnaître les codons UGA STOP en plus des codons UGG. La différence entre ces deux codons est la troisième base. La reconnaissance du codon stop UGA par l’ARNt Trp est réalisée par hybridation des deux premières bases uniquement (c’est l’effet wobble).

C’est donc sur cette molécule que travaille le laboratoire de Fabrice Lejeune depuis plusieurs années. Beaucoup de tests ont déjà été effectués mais il reste encore les étapes préclinique et clinique à réaliser. Pour l’instant, ils ont testé cette molécule sur des cellules immortalisées en culture, mais aussi directement sur les cellules en culture de patients, avec l’aide de l’association “Vaincre la mucoviscidose” et les résultats ont montré que ça a fonctionné. Ils ont également fait des tests sur des organoïdes dérivés de patient atteint de mucoviscidose (les organoïdes sont des cellules qui s’assemblent pour mimer les fonctions d’un organe) et ils ont montré qu’il était possible de restaurer les fonctions du canal CFTR. Enfin d’autres tests ont été réalisés sur la souris, porteuse de mutation non-sens dans le gène CFTR. Aujourd’hui il leur reste encore deux grosses étape à réaliser avant de pouvoir tester directement sur un patient malade: mettre la DAP sous une forme qui puisse être administrée chez un patient (formulation), faire des tests de toxicité supplémentaire (des tests standardisés fait par des entreprises spécialisées) qui permettent d’avoir des résultats normalisés, on pourra donc bien comparer les effets de cette molécule par rapport à d’autres, ce qui leur permettra de voir si cette molécule peut bien être administrée à un patient. Donc pour faire des essais cliniques, sur l’homme directement, il faudra auparavant réaliser ces deux étapes.

source : 2,6-Diaminopurine as a highly potent corrector of UGA nonsense mutations,

Nat Commun 2020 Mar 20;11(1):1509

Les autres

En parallèle, d’autres laboratoires ont également trouvé des molécules qui pourraient réussir à agir contre les mutations non sens.

Dans un premier temps, la société pharmaceutique américaine PTC Therapeutics à découvert une molécule. Cette molécule a été identifiée dans un crible de 800 000 molécules, on l’appelle l’ataluren (ou PTC124). Pour le moment les essais cliniques de celle-ci ont été fait sur deux pathologies: la maladie de Duchenne, et la mucoviscidose. Mais les résultats étaient assez modestes, l’efficacité de la molécule n’a pas été « reconnue » ce qui n’a pas permis la mise sur le marché. Ils continuent néanmoins à faire des essais sur d’autres pathologies.

Une autre entreprise, du nom de Elox Pharmaceuticals, effectue également des recherches contre les mutations non-sens. La molécule, du nom de ELOX02, n’a pas été identifiée par criblage, c’est un molécule dérivée d’une famille d’antibiotique, qui possède la capacité de corriger les mutations non sens. La famille des aminoglycosides. Le problème des aminoglycosides, c’est qu’ils ont une toxicité qui ne leur permet pas d’être administré aux patients sur un très long terme, ce qui serait le cas si on veut traiter des patients atteint de maladies génétique, puisque ça sera pour toute la vie du patient. L’idée d’ELOX Pharmaceuticals, est de travailler sur ces molécules pour les rendre moins toxiques. C’est sur quoi ils sont en train de travailler avec ELOXO2, pour que la molécule soit moins toxique et plus efficace.

En outre, depuis déjà 30 ans, les chercheurs tentent de développer différentes méthodes de thérapie génique pour lutter contre les mutations non-sens. Ils trouvent des manières de plus en plus efficaces qui ont déjà mené à des résultats prometteurs dans le cadre de certaines études cliniques.

Conclusion

De nombreux laboratoires dans le monde s’intéresse aux mutations non-sens, c’est pour cela qu’aujourd’hui de nombreuses recherches sont en cours sur des molécules différentes, que ce soit des recherches sur l’ataluren, sur ELOX 02, la DAP, sur les aminoglycosides, ou bien d’autres encore. A l’heure actuelle, il n’y a pas de traitements disponibles pour les patients atteints de mucoviscidose au niveau des mutations à codon stop, néanmoins, des traitements au niveau des infections pulmonaires de ceux-ci sont disponible, afin d’améliorer leur qualité de vie, mais ça ne les soigne pas. 

Une dizaine de laboratoires ont déjà publié des molécules, qui corrigent les mutations ou qui aident d’autres molécules à corriger les mutations non sens. C’est une approche thérapeutique très prometteuse, qui attire d’autres chercheurs à venir sur ce domaine de recherches. Il y a une bonne dynamique autour de ce domaine, les chercheurs espèrent alors qu’au moins une de ces molécules arrivera à être donnée aux patients.

Qu’est ce que la mucoviscidose d’un point de vue moléculaire?

Pour commencer, la mucoviscidose est due à une mutation dans le gène CFTR. Ce gène est très long, 180 kb, et il est localisé sur le chromosome 7 humain. De par sa taille, il y a un grand nombre de mutations qui peuvent le toucher et donc l’altérer. Nous allons nous intéresser à la classe I des mutations touchant le gène CFTR, soit la classe des mutations a Codon STOP Prématuré ou PTC.  

Comment se transmet la mucoviscidose ?

Comment se déroule le passage du gène CFTR à la protéine CFTR?

Afin de pouvoir mieux visualiser les propos émis je vous invite à regarder la vidéo suivante :

Traduction 

Il existe des mutations dans la séquence de l’ARNm qui peuvent entraîner des maladie à Codon STOP Prématuré (PTC)

Qu’est ce qu’une maladie a Codon STOP Prématuré (PTC)?

Lors d’une mutation à codon STOP aussi appelée mutation non-sens ou PTC,  il y a apparition d’un codon STOP qui remplace un codon correspondant à un acide aminé. Ce remplacement est dû à une mutation présente dans la séquence du gène CFTR et donc dans l’ARNm. 

En fonction de la position du codon PTC, il y aura production ou non d’une protéine.

En effet si le PTC est au début de la séquence de la protéine, l’ARNm sera instable et sera dégradé par un système appelé la NMD (non-sens mediated decay). Comme il y a dégradation de l’ARNm il n’y a pas de protéine. 

Par contre si le PTC est placé à la fin de la séquence de la protéine, le NMD ne rentrera pas en jeu, il y aura donc traduction de cet ARNm qui donnera une protéine tronquée. Celle-ci sera soit partiellement fonctionnelle, soit non fonctionnelle.

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