Bases moléculaires des dystrophies musculaires progressives à transmission autosomique récessive

Bases mol6culaires des dystrophies musculaires progressives transmission autosomique r6cessive

Jean-Claude Kaplan 1, Marc Jeanpierre 1, Jon-Andoni Urtizberea 2, Jacques S Beckmann 3

Les dystrophies musculaires progressives autosomiques r6cessives sont cliniquement et g6n4tiquement h4t6rog6nes. Grace ~ des strat6gies fond4es sur la validation d'un g6ne candidat et/ou le clonage positionnel, cinq g6nes ont d6j~ pu ~tre incrimin6s dans ces formes de myopathies, sp6cifiant quatre prot6ines du sarcolemme (sarcoglycanes) et une enzyme musculaire (calpaine 3). La chasse aux g6nes n'est pas termin6e, et d4j~ appara/t la possibilit6 de reconstruire la nosologie de ces maladies sur des bases mol6culaires.

qnserm 129 et laboratoire de biochimie et genetique mol6culaire, ICGM, hbpital Cochin, 75014 Paris ; 2Association frangaise contre les myopathies, BP59, 91002 ¢:vry cedex ;3URA CNRS 1922 et Genethon, BP 60, 91002 I~vry cede×, France

Les maladies avant les genes

Les dystrophies musculaires progressives forment un groupe de maladies d'6tiologie diverse et de gra- vit6 vari6e dont la nature h6r6di- taire est connue depuis longtemps. (Nous n'envisagerons pas ici les dystrophies cong6nitales, qui se distinguent par la pr6cocit6 des manifestations pathologiques, ~ la naissance ou dans les premiers mois de la vie). C'est sans doute le critbre anatomique et 6volutif qui constitue le d6nominateur commun de ce groupe d'affections, par ailleurs tr6s disparates au point de vue clinique, g6n6tique et mol6culaire. I1 s'agit de maladies caract6ris6es par une d6g6n6rescence progressive des fibres musculaires avec une for- mule histologique de n6crose-r6g6- n6ration caract6ristique, comportant une part importante mais variable d'hyperplasie du tissu conjonctif. Uatteinte est essentielle- ment squelettique. Peuvent 6tre 6galement touch6s, mais pas cons- tamment, le tissu myocardique, voire le systbme musculaire lisse. Uage de d6but du processus est difficile a d6finir, car l'atteinte histologique peut pr6c6der pendant longtemps les premibres manifestations cliniques, comme en t6moignent les cas d6couverts fortuitement dans l'enfance sur la base d'une 616vation massive du taux de cr6atine kinase s6rique. C'est par un d6ficit de la force musculaire et une atrophie des masses musculaires, celle-ci 6tant parfois masqu6e par une hypertrophie con- jonctivo-adipeuse, que se manifeste

cliniquement le processus dystro- phique. L'atteinte porte initialement sur les muscles des ceintures et des r6gions proximales des mem- bres. Le processus 6volue ensuite progressivement, n'atteignant les extr6mit6s distales qu'k un stade tardif. Les principales sources de handicap sont la perte progressive de la marche, la compromission de la statique rachidienne avec d6ve- loppement d'une cyphoscoliose, les r6tractions tendineuses, et finalement l'insuffisance respiratoire. Ce sch6ma 6volutif varie consid6ra- blement, tant dans l'age de d6but que dans le rythme 6volutif. Les classifications nosologiques purement cliniques distinguent naturel- lement les formes d6butant dans l'enfance, et celles plus tardives. E1- les tiennent 6galement compte des particularit6s 6volutives et topogra- phiques, ainsi que du mode de transmission h6r6ditaire.

• Les classifications des myopathies

Avant l'6re de la g6n6tique mol6cu- laire, les tentatives de classification ont 6t6 multiples et vari6es. Erb a 6t6 le premier ~ regrouper ses propres observations, celles faites par Du- chenne et enfin celles de Landouzy et D6jerine sous le terme g6n6ral de dystrophie musculaire en 1884 [1]. I1 faudra attendre pr6s d'un sibcle et le renouveau de la pathologie musculaire li6 g l'avbnement de nouvel- les techniques (histochimie, micro- scopie 61ectronique, entre autres) pour que ces dystrophies fassent l'objet d'une nouvelle classification

ANNALES DE L'INSTITUT PASTEUR / actualit6s (1996) 7, 3, 157-171 © Elsevier, Paris 157

Tableau I. G6nes de dystrophies musculaires identifi6s entre 1987 et 1996.

Ann& Maladie Locus G~ne/prot~ine Localisation cellulaire ModUle animal

1987 Duchenne/Becker DMD ( X p 2 1 ) Dystrophine Subsarcolemme Souris mdx (cytosquelette) chien CXMD

1994 Myopathie des LGMD2D (17q21) Adhaline* Sarcolemme Non ceintures s6vbre = c(-sarcoglycane (complexe associ~

la dystrophine)

Emery-Dreifuss EMD (Xq28) 12merine Membrane nucl6aire Non

1995 Dystrophie musculaire LAMM (6q2) M6rosine (ct2-1aminine) Extracellulaire Souris dy~dy cong6nitale (matrice) souris dy J

Myopathie des ¢eintures LGMD2A (15q) Calpaine 3* Cytosol ? (enzyme Non prot6olytique)

Myopathie des LGMD2E (4q12) [3-sarcoglycane* Sarcolemme Non ceintures s6v6re (complexe associ6

la dystrophine)

Myopathie des LGMD2C (13q12) y-sarcoglycane* Sarcolemme Non ceintures s6v6re (complexe associ6

la dystrophine)

1996 Myopathie de Bethlem COL6A1, COL6A2 Collag6ne type VI Extracellulaire Non (21q22.3) (c~1 et R2)

Dy.strophie musculaire MD-EBS (8q24) Plectine Cytosol (filaments Non tardwe avec 6pidermolyse interm6diaires) bulleuse

SCARMD LGMD2F ~-sarcoglycane* Sarcolemme Non (5q3) (complexe associ6

a la dystrophine)

* G6nes discut6s dans cet article.

par Walton et Nattrass, en 1954 [2]. Pour la premibre fois, les diff6rents modes de transmission h6r6ditaire 6taient pris en compte en plus des 616ments histologiques et cliniques. C'est ainsi qu'il a 6t6 possible de distinguer les formes rdcessives lides au sexe (myopathie de Duchenne, puis myopathie de Becker) (voir l'historique dans Emery, 1993 [3]), les formes ?t transmission autosomique dominante (myopathie de Lan- douzy-D6jerine ou myopathie fa- cio-scapulo-hum6rale) [4] et les for- rues autosomiques rdcessives (~ l'6po- que, seule la forme des ceintures d6crite par Erb [1] 6tait prise en compte). D'autres entit6s cliniques viendront ensuite enrichir cette classification, comme la myopathie d'Emery-Dreifuss en 1966 (dystrophie musculaire r6cessive li6e au sexe avec atteinte cardiaque et r6- tractions des coudes) [5], puis la myopathie autosomique r6cessive s6vbre de l'enfant, aussi appel6e SCARMD (severe childhood autoso- real recessive muscular dystrophy) d6-

crite initialement en Tunisie dans les ann6es 1980 [6]. Pour aucune de ces entit6s l'6tiologie n'6tait connue ; aucune prot6ine dont le d6faut aurait pu 6tre causal n'6tait soup- ~onn6e, le seul stigmate biologique 6tant l'~16vation de la cr6atine kinase s6rique t6moignant du processus de n6crose musculaire. Pour ces maladies, il n'existait aucune hypo- th6se physiopathologique s6rieuse permettant de fonder un espoir th6- rapeutique. Seule la transmission g6n6tique paraissait 6tablie. La d6- couverte des g6nes en cause et de leur pathologie a passablement boulever- s6 cette classification.

Des maladies aux genes

Les diff6rents g~nes d6j~ impliqu6s dans les dystrophies musculaires progressives sont indiqu6s dans le tableau I. Nous ne nous pr6occupe- rons ici que des dystrophies musculaires progressives correspondant aux locus LGMD. L'histoire de la d6couverte des g~nes en cause m6-

rite d'6tre cont6e, car elle illustre l'enchainement des progr6s d6cou- lant de la mise a jour du premier maillon : la dystrophine. Elle montre aussi la convergence de la biochimie, de la g6n6tique et de la clinique vers une m6decine mol6cu- laire.

• D6couverte des sarcoglycanopathies par l'approche du g6ne candidat

Le precedent de la dystrophine

La dystrophine est la prot6ine d6fi- ciente dans les myopathies de Du- chenne et de Becker. Elle a 6t6 d6- couverte en 1987 par une approche dite,/t l'epoque, de << g~n6tique inverse ~>, c'est-a-dire par la recherche pr6alable du g6ne au locus morbide correspondant (locus DMD en Xp21.2), et le d6chiffrage de sa s6- quence codante (voir revue g6n6- rale, [7]). U6tude de cette prot6ine, de sa pathologie et de ses cons6- quences morbides (dystrophies musculaires de type Duchenne,

158 ANNALES DE L'INSTITUT PASTEUR / actualit6s (1996) 7, 3

Becket, ou autres manifestat ions regroup6es sous le terme de ~ dystrophinopathies ~,) ne fait pas partie des objectifs de cet article (revues, [7-9]). N6anmoins, 6tant donn6 que l 'identification ult6rieure des g6nes responsables d 'un certain nombre de dystrophies musculaires autosomiques d6coule directement de la d6couver te de la dyst rophine , il convient de rappeler certaines no- tions la concernant. Sch6mat iquement , l 'absence de dystrophine est a l 'origine du tableau s6v6re de type myopathie de Duchenne. Elle r6sulte de mutations nulles dans le g6ne de la dys- t rophine (un gbne g6ant de 2,3 Mb). Celles-ci sont le plus souvent des d616tions de taille variable entrai- nant un d6calage du cadre de lecture. Les mutat ions ponctuelles, de

type non-sens, ou per turbant l'6pis- sage, sont beaucoup plus rares. Les formes moins s6vbres, regroup6es sous la d6nominat ion de myopathie de Becker, sont dues/~ une diminution plus ou moins importante de la dystrophine, souvent associ6e a une troncation par d616tion d 'un ou plusieurs exons avec maintien du cadre de lecture. La souris mdx, chez qui la dys t rophine est compl6tement absente par suite d 'une mutat ion non-sens dans le gbne de la dystrophine [10] constitue un mod61e g6- n6tique (mais non ph6notypique) de myopathie de Duchenne. Le produi t principal du g6ne, la dystrophine, est une prot6ine de 427 kDa, exprim6e dans le muscle et les neurones (revue, [9]). Elle est apparent6e aux prot6ines du cytosquelette par deux de ses quatre do-

maines : le domaine N-terminal , ressemblant a l'c~-actinine, et le domaine central, trbs proche par sa s6quence et sa configuration a la spectrine. Dans le muscle la dystrophine est localis6e sous le sarcolemme [11, 12].

La filiere des proteines associees la dystrophine (tableau II)

La d6couverte de l'6troite association de la dystrophine avec une pro- t6ine int6grale de la membrane sarcolemmique [13] a conduit a postu- ler un modble biochimique dans lequel la dys t rophine interagirait avec l'actine du cytosquelette par son versant N-terminal et avec les prot6ines du sarcolemme par son versant C-terminal [13, 14] (fig 1). Au cours de l 'extraction des prot6i- nes du sarcolemme, la dystrophine

Tableau II. Les protdines du complexe sarcolemmique associ4 ~ la dystrophine.

Compartiment Protdine Autre ddsignation Taille (kDa) subcellulaire Matrice extracellulaire

Laminine (chalne cO.)* Mdrosine 400

Sarcolemme extracellulaire

~-dystroglycane 156 DAG 156

Sarcolemme transmembranaire

13-dystroglycane 43 DAG (A3a) 43

c~-sarcoglycane 50 DAG, adhaline, A2 50

~-sarcoglycane 43 DAG, A3b 43

7-sarcoglycane 35 DAG, A4 35

5-sarcoglycane 35

? 25 DAP A5 25

Sarcolemme intracellulaire

R-syntrophine 59 DAP1, Syn i 58

Cytosquelette

131-syntrophine 59 DAP2, Syn 2 59 8q23

132-syntrophine 59 DAP3, Syn 3 59 16q23

Dystrobr6vine A0 80 18ql 2

Dystrophine 427 Xp21

Localisation Interactions avec... du g~ne

6p22-23 o~-dystroglycane

3p21 a2-1aminine et 13-dystroglycane

3p21 Dystrophine et ~-dystroglycane

17q21 Complexe SG

4q12 Complexe SG

13q12 Cornplexe SG

5q33 Complexe SG

?

20qll Dystrophine/ utrophme, NO synthase

Dystrophine / utrophme

Dystrophine/ utrophme

Dystrophine

~3-dystroglycane, syntrophine, dystroOr6vine, F-ac0me, complexe SG ?

En gras : les prot6ines impliqu6es dans des dystrophies musculaires. * Prot6ine impliqu6e dans des dystrophies musculaires cong6nitales.

ANNALES DE L'INSTITUT PASTEUR / actualit4s (1996) 7, 3 159

L A M I N I N E - 2

~space extra-cellulaire I / ' ~ J ' ~ " S A R C O G L Y C A N E S "" Dystroglycanes

/ . J u A c t i n e

Figure 1. Les partenaires de la dystrophin-connection. En gris& les proteines pour lesquelles on a deja identifle une pathologies primalre. NOS : NO synthase, Noter que I'on n'a pas mis en evidence de liaison directe entre le complexe des sarcoglycanes et la dystrophine ou les dystroglycanes.

copurifie avec plusieurs glycopro- t6ines transmembranaires, preuve biochimique de l 'existence d 'un complexe appel6 tant6t DAG (dystrophin-associated glycoproteins), tan- t6t DAP (dystrophin-associated proteins). Les multiples composants de ce complexe ont 6t6 progressivement identifi6s grace aux travaux concurrents de deux 6quipes, celle de KP Campbell aux Etats-Unis, et celle de E Ozawa au Japon. Le tableau II comporte la liste des prot6ines interagissant directement ou indirectement avec la dystrophine. Les prot6ines du sarcolemme sont class6es en trois complexes, selon la classification propo- s6e par Ozawa, sur la base d 'un sous-fractionnement par le n-octyl 13-D glucoside du complexe pr6ala- blement extrait par la digitonine [15] : i) le complexe des dystroglycanes (DG) comportant I'R-DG en- ti6rement extracellulaire, et la [3-DG transmembranaire (toutes deux d6- rivant d 'un m6me g6ne situs sur le chromosome 3) ; ii) le complexe des sarcoglycanes (SG), comportant au moins quatre glycoprot6ines transmembranaires (c~-, ~-, 7-, 8- SG), et une prot6ine de 25 kDa non glyco- sylde ; iii) le complexe des syntro- phines du c6t6 intracellulaire. Le

d6chiffrage des diff6rents partenaires du complexe n'est sans doute pas encore termin6, et les interactions pr6dses ne sont pas encore compl~tement 61ucid6es. Certaines sont d6ja d6montr6es [16, 17] :

- interaction forte entre R-DG et le domaine G de la m6rosine, ou subu- nit6 c~2 de la laminine de la matrice extracellulaire musculaire ; - interactions entre R-DG et ~-DG ; - interactions entre [~-DG et domaine D de la dystrophine (pre- mi6re moiti6 de son domaine C-terminal) ; - interactions entre dystrophine (seconde moiti6 de son domaine C- terminal) et complexe des syntro- phines, lui-m6me li6 ~ la NO synthase [18, 19] ; - interact ions entre dyst rophine (domaine N-ter) et actine. Ainsi se dessine une chaine conti- nue entre le cytosquelette intracellulaire et la matrice extracellulaire, o6 la place de la dystrophine sug- g6re un r61e m6canique de stabilisa- tion au cours de la contraction musculaire [16, 20]. I1 est int6ressant de noter que l'utro- phine, une prot6ine homologue de la dystrophine, cod6e par un g6ne autosomique, est li6e au m6me

complexe de DAG au niveau de la jonction neuromusculaire [21, 22]. Son expression forc6e au niveau du sarcolemme par transgen6se des souris mdx corrige le processus dys- trophique [23].

L'effondrement des DAG dans les dystrophinopathies.., et dans certaines dystrophies musculaires autosomiques recessives

L'observation, en 1991, d 'un effondrement des DAG, plus pr6cis6- ment des compos6s 156 DAG, 43 DAG, 50 DAG et 35 DAG, dans le muscle des malades atteints de maladie de Duchenne [24] attribuait pour la premi6re fois ~ la dystrophine un r61e dans le maintien de la coh6sion du complexe, et fournis- sait un 6clairage original sur la physiopathologie des dystrophies musculaires progressives. Confirm6e dans tousles cas de dystrophinopathies [24, 26], cette d6couverte a constitu6 un v6ritable fil d'Ariane, conduisant a l'6tiologie mol6culaire d 'un certain nombre de dystrophies musculaires autosomiques r6cessi- ves. En effet, il 6tait tentant d ' imaginer que ces myopathies, dont certaines ne se distinguent des myopathies de Duchenne ou de Becker que par l'atteinte des deux sexes, pourraient


Tableau III. Nomenclature des loci morbides des dystrophies.

Groupe Sous-groupe Chromosome G~ne LGMD1 (dominant)

LGMD1A 5q ?

LGMDIB ?

LGMD2 (r~cessif)

LGMD2A 15q

LGMD2B 2p

LGMD2C 13ql 2

LGMD2D 17q21

LGMD2E 4q12

LGMD2F 5q33

Calpaine 3

?

y-sarcoglycane

c~-sarcoglycane (= adhaline)

]~-sarcoglycane

8-sarcoglycane

Acronymes prdceden ts

LGMD1

LGMD2

LGMD3

SCARMD1

SCARMD2

La nomenclature a 6t6 6tablie en 1995 [35]. En italique, locus oh le g6ne n'a pas encore 6t6 identifi6.

correspondre a une pathologie primaire de l'une ou l'autre des DAP. Cette hypoth6se fut confort6e par l'analyse immunocytochimique de biopsies musculaires montrant l'effondrement de la prot6ine 50 DAG contrastant avec la conservation de la dystrophine [27]. Ce d6ficit fut initialement retrouv6 chez des patients provenant de malades d'origine maghr6bine ou libanaise pr6- sentant un tableau de SCARMD [27-29]. Cette apparente sp6cificit6 ethno-g6ographique fit baptiser la prot6ine 50 DAG <~ adhaline - (~ partir du mot signifiant muscle en langue arabe) [30]. En fait, des cas de SCARMD furent ensuite rappor- t6s en Europe [31, 32], au Br6sil [33], au Japon [34]. I1 restait ~ d6montrer que l'anomalie observ6e dans les SCARMD r6sultait d 'un d6faut primaire dans le g6ne correspondant. Les analyses g6n6tiques des families devaient en fait d6montrer l'h6t6rog6n6it6 g6n6tique des myopathies autosomiques r6cessives avec d6ficit en adhaline [32, 33].

L'heterogeneite genetique des myopathies autosomiques recessives

Parall61ement aux analyses biochi- miques qui devaient mettre sur la voie de gbnes candidats, les nom- breuses familles recens6es dans le monde avec diverses formes de myopathies autosomiques ont fait

l'objet d'une analyse de liaison vi- santa mettre en 6vidence une localisation chromosomique. Une nomenclature des diff6rents loci a 6t6 propos6e en 1995 [35]. Elle regroupe toutes les entit6s cliniques sous le sigle gdn6ral de LGMD (limb-girdle muscular dystrophies), sans tenir compte des nuances ph6notypi- ques, ni des classifications nosologiques classiques [36]. La nouvelle nomenclature gdn6tique, pr6sent6e dans le tableau III, ne tient compte que du caract6re dominant (cat6go- tie LGMD1) ou r6cessif (cat6gorie LGMD2), les diff6rents loci d6finis par analyse de linkage 6tant carac- tdris6s par des lettres. Cette nomenclature purement g6n6tique est parfois source de confusion pour les cliniciens. Elle est pourtant pleinement justifi6e dans une perspective de g6n6tique inverse, o6 les gbnes de maladies sont directement rep6- r6s sur le g6nome et les prot6ines sp6cifiques d6duites des s6quences codantes. On sait en effet qu'une maladie apparemment monomor- phe peut 6tre due a l'atteinte alter- native de plusieurs g6nes distincts (hdtdrog6n6it6 g6n6tique), et qu'in- versement des mutations diff6ren- tes dans un m~me g6ne peuvent induire des pathologies ph6notypi- quement distinctes. Le caract6re op6rationnel de cette nomenclature a 6t6 pleinement d6- montr6 avec le d6membrement des

myopathies avec d6ficit en adhaline. Celles-ci ont 6t6 d'abord locali- s6es sur le chromosome 13 [28, 37] ddfinissant un premier locus appel6 LGMD2C. Cependant, d'autres families n'6taient pas li6es au chromosome 13, notamment au Br6sil [33] et en France [32]. Le donage de l 'adhaline humaine [38], faisant suite au premier clonage chez le la- pin [30], permit de r6v61er une localisation du g6ne en 17q21, indiquant que le d6ficit en adhaline des SCARMD li6es au chromosome 13 (locus LGMD2C) 6tait n6cessaire- ment un ph6nom6ne secondaire. La mise en 6vidence d'une famille frangaise oh la myopathie 6tait li6e aux marqueurs de la r6gion 17q21, et o6 le g6ne de l'adhaline 6tait mut6 devait d6montrer l'existence de vraies adhalinopathies primaires (au locus LGMD2D qui est donc celui de l'adhaline) [38]. D'autres g6nes de LGMD furent ensuite mis en 6vidence en suivant la m6me fili6re des DAG : 35 DAG pour le locus du LGMD2C [39], 43 DAG pour un locus sur le chromosome 4 (LGMD2E) [40-42]. Tout r6cemment, un autre g6ne co- dant une autre prot6ine de 35 kDa au locus LGMD2F (5q33) a 6t6 ca- ract6ris6 [43, 44]. Les prot6ines correspondant aces quatre loci font toutes partie du complexe des sarcoglycanes (SG), et ont 6t6 rebapti- s6es en cons6quence : (x-SG, pour l'adhaline au locus LGMD2D, ]3-SG au locus LGMD2E, 7-SG au locus LGMDC, 8-SG au locus LGMD2F (tableau II et figure 1). Le terme adhaline est d6sormais d6finitive- ment remplac6 par celui d'(~-sarcoglycane.

• Le clonage positionnel pur de la calpa'ine 3 au locus LGMD2A

Premiere Iocalisation en 15q

Le locus LGMD2A a 6t6 initialement localis6 dans une population circonscrite et endogame de File de la R6union. Les malades y pr6sen- tent une forme de myopathie des ceintures, cliniquement semblable au tableau d6crit par Erb [45], donc


distincte des SCARMD. Le tableau clinique est st6r6otyp6, marqu6, au moins au d6but, par une atteinte musculaire sym6trique et s61ective, portant surtout sur la loge post6- rieure des cuisses et des bras, sans macroglossie, ni hypertrophie des mollets. Le spectre 6volutif est tr6s large, le d6but des troubles se si- tuant habituellement vers la deuxibme d6cennie, la perte de la marche survenant en r6gle g6n6rale vers 30 ans. Dans ce quasi-isolat oh l'on pouvait a priori consid6rer la maladie comme g6n6tiquement homog6ne, l'analyse de linkage devait r6v61er une liaison avec les marqueurs d'une r6gion du bras long du chromosome 15 [46]. Cette localisation a 6t6 ult6rieurement confirm6e dans un contexte g6ographique diff6- rent : dans l'isolat des Amish du Nord de l'Indiana [47], et au Br6sil Passos-Bueno [48]. Fait surprenant, le locus de la myopathie retrouv6e chez les Amish du Sud de l'Indiana, pourtant 6troitement apparent6s ceux du Nord [49], n'6tait pas Ii6 au chromosome 15 [50]. Fait capital, chez les Amish du Nord, le muscle des myopathes ne pr6sentait aucune anomalie du complexe sarcoglycane, alors que chez leurs cou- sins du Sud, le muscle dystrophi- que montrait une diminution des prot6ines de ce complexe. Cette constatation devait aboutir a la ca- ract6risation chez ces derniers d'un locus distinct, LGMD2E, sur le bras long du chromosome 4, et correspondant a la [3-sarcoglycane [40].

La marche vers le gene du locus LGMD2A (fig 2)

Le g6notypage des nouveaux marqueurs du chromosome 15 a permis d'encadrer le locus LGMD2A et de le cerner dans un intervalle estim6 7 centiMorgans sur la carte g6n6ti- que de deuxi6me g6ndration [51]. Uhybridation in situ avec les YACs correspondants a permis de pr6ci- ser l'intervalle cytog6n6tique entre 15q15.1 et 15q21.1, et l'6tablisse- ment de la carte physique de cette r6gion sous forme d'un contig inin- terrompu. Celui-ci comporte un mi- nimum de dix YACs couvrant une

.// q15. 1 i l l5 .2 q15. 3 21. lt,

-4 7 c M - (10 M b ) r.-

~--,- 1 c M - (3 -4 M b ) ~-~

1 [ I I | J l l l l l I I l l l l l l l t l I l l W I I l l l I i I l l l 1 1 1 1 1 1 1 1 1 | 1 1 I l l 11 11 l l l l l [ l t l I I I I I I I 1 I [ | l l | l l J l I I I l l l l I J |

7741M I ' I l l

189D1 Y A C s 854F9

o o o , oo0o, o , [ ] o • . Transcrits

- - _ Cosmides

Figure 2. Representation schematique de la region LGMD2A. De haut en bas : a) la region cytogenbtique ; b) les distances (genetiques et phystques) des intervalles recombinants successivement definis, les fleches representant I'intervalle restreint ; c) les traits verticaux sur la barre horizontale symbolisant les STS utilises Iors de la construction de la carte physique de la region ; d) les trois YACs recouvrant I'intervalle restreint : e) les transcrits musculaires (symboles pleins : transcrits nouvellement identifibs) Iocalises a I'interieur de celui-ci ; f) le contig de cosmides.

r6gion de 10-12 m6gabases, oh 12 g6nes et 25 marqueurs gen6tiques ont 6t6 initialement positionn6s [52]. Uidentification de recombinants a permis la r6duction de l'intervalle contenant LGMD2A a une r6gion d 'un centiMorgan (fig 2), couverte dans sa quasi-totalit6 par trois YACs non chim6riques. Ceux- ci ont 6t6 sous-clon6s en cosmides [53]. Cette r6gion de 1 cM correspond encore/~ une distance d'envi- ron 3-4 Mb, bien trop grande pour une recherche syst6matique du g6ne coupable. L'analyse de l'ho- mozygotie par filiation des familles consanguines n'a pas permis de cerner davantage les bornes, mais l'6tude des d6s6quilibres de liaison a cependant sugg6r6 un emplace- ment dans la moiti6 proximale de l'intervalle 15q15.1-q15.3 d6fini par les recombinants [54]. Une carte des transcrits de la r6gion 15q15.1-q15.3 a 6t6 6tablie par s61ec- tion directe d'ADNc ~ partir de ban- ques d'ADNc musculaires (fig 2). Les transcrits ont 6t6 caract6ris6s par leur s6quence, leur position physique au sein du contig de YAC et leur profil d'expression tissulaire.

Deux sdquences exprim6es sp6cifi- quement dans le muscle squelettique et localisdes dans la r6gion de plus fort d6s6quilibre de liaison ont 6t6 choisies comme premi6res ci- bles. Une de ces s6quences codait une prot6ase intracellulaire, la calpaine 3 (prot6ase ~ cyst6ine calcium-d6pendante) sp6cifique du muscle squelettique. Elle pouvait donc 6tre consid6r6e comme candidat positionnel, bien qu'a priori, rien ne permettait de la qualifier comme candidat fonctionnel. La s6- quence partielle de I'ADNc de cette calpaine 6tait connue depuis 1989 [55]. I1 a donc fallu d6terminer l'organisation et la s6quence du g6ne humain (CANP3) au niveau g6no- mique. Une exploration syst6mati- que a permis de mettre en 6vidence des mutations chez des patients LGMD2A, validant ainsi le g6ne de cette calpaine comme responsable de la myopathie [56].

La calpai'ne 3, premiere protease responsable de myopathie

Sur les cinq g6nes de dystrophie musculaire autosomique r6cessive r6cemment clon6s, quatre codent


Tableau IV. Les g6nes de dystrophie musculaire progressive ~ transmission autosomique r6cessive.

G~ne locus Taille g~ne Nbre Protdine Localisation Fonction/relations Populaions ofl la pathologie exons nombre aa a dtd trouvde

(~-sarcoglycane env 10 kb 10 50 kDa S a r c o l e m m e "dystrophin- Europe ; LGMD2D/17q 387 aa transmembranaire connect ion" Afrique du Nord

Liban Turquie* BrOsil ]~tats-Unis Japon

13,5 kb 6 43 kDa Amish du Sud 318 aa B rOsil

Etats-Unis

> 100 kb 8 35 kDa Afrique du Nord 291aa Liban*

Tsiganes d'Europe occidentale Turquie* Pakistan* Japon BrOsil

~-sarcoglycane LGMD2E/4q

y-sarcoglycane LGMD2C/13q



"dystrophin- connection"

"dystrophin- connection"

~-sarcoglycane env 100 kb 8 35 kDa S a r c o l e m m e "dystrophin- LGMD2F/5q 290aa transmembranaire connection"

Calpaine-3 >40 kb 24 95 kDa ? ProtOase LGMD2A/15q 821 aa cystOine

BrOsil

Ile de la ROunion Amish du Nord BrOsil Europe* Turquie* Japon

* ROsultats personnels non publiOs ou soumis.

pour des protOines de structure du sarcolemme [57], alors que le gOne de la calpaine 3 correspond ~ une enzyme protOolytique. Que sait-on au juste de ces calpa~nes ? Les calpa~nes sont des pro- tOases non lysosomiales ayant un r01e suppos6 rOgulateur [58-60]. E1- les comprennent deux isoenzymes ubiquitaires, CANP1 et CANP2, deux protOines spOcifiques de l'es- tomac, et CANP3, propre au muscle squelettique [61]. Les formes ubiquitaires sont constituOes chacune d 'une grande sous-unit6 diffOrente de 80 kDa, associOe avec la m0me petite sous-unit6 de 30 kDa, toutes codOes par des gOnes diff6rents [62]. Contra i rement aux calpaines ubiquitaires, la calpaine 3 est active aux concentrations intracellulaires phy- siologiques de Ca 2+. Les grandes sous-unitOs sont subdi- visOes en quatre domaines. Les domaines I et III ne prOsentent pas d 'homolog ie avec des protOines connues. Le domaine II est similaire aux autres protOases ~ cystOine [55]. Le domaine IV comprend les sites potentiels de liaison au calcium

[63]. Trois rOgions uniques sans ho- mologie connue sont 6galement prOsentes dans la protOine sp6cifi- que du muscle, NS, IS1 et IS2, cette derni0re contenant un motif de translocation nuclOaire [55]. Bien que ce groupe de protOases ait 6t6 identifi6 dos 1989 [55], on sait encore tr0s peu de choses sur leur fonction. En ce qui concerne la calpaine 3, considOrOe comme une pro- t6ine spOcifique du tissu musculaire squelettique, il est logique d' imaginer qu'elle intervient dans un processus spOcifique de ce tissu, mais on ignore tout de ses substrats natu- rels. En outre, faute d 'ant icorps spO- cifiques, on ne connait pas sa localisation subcellulaire. La calpa~ne 3 subit une dOgradation autocatalyti- que immOdiatement apr0s sa tra- duction, la rOgion IS2 6tant impli- quOe dans cette dOgradation [64], ce qui suggbre un role tr0s circonscrit dans le temps e t / o u l'espace. Sorimachi et al [65], utilisant le sys- tome double-hybride, ont identifi6 une association de la calpaine 3, par l ' intermOdiaire de sa rOgion IS2, avec la titine, protOine 61astique du

muscle s'Otendant sur la moiti6 du sarcombre avec son extrOmit6 N-ter localisOe dans la ligne Z et l'extrOmi- t6 C-ter dans la ligne M.

Les genes et leur pathologie

Les principales caractOristiques des cinq gOnes dOja identifiOs aux loci LGMD sont prOsentOes dans le tableau IV.

• GOnes des sarcoglycanes

Les sarcoglycanopathies ont 6tO progress ivement individualisOes au niveau mol6culaire a partir de 1994. Elles sont dues a des mutations rOcessives dans l 'un des quatre g0nes dOja clonOs et spOcifiant des protOines du complexe des sarcoglycanes. Etant donn6 que les an- t icorps dirigOs contre I'c~-SG [27] ont 6t6 obtenus les premiers , et longtemps seuls utilisOs, la plupart des cas ont 6t6 dOcelOs sur la notion d 'une R-SG significativement dimi- nuOe, contrastant avec une dystrophine normale. Ces << adhalinopa-


¥ - S G > (35 KDa)

-SG > (50 KDa)

(~. sarcoglycanopathie y .sarcoglycanopathie primalre primaire

r i i i

1 2 N 3 4

de m6me si l'analyse est effectu6e par Western-blot. Cette mdthode, confront6e a la caract6risation du d6faut g6n6tique primaire, montre en g6n6ral un ddfaut quantitatif plus marqu6 pour le produit du g6ne mut6 que pour les autres partenaires du complexe SG [67]. Cela est illustr6 sur la figure 3. Le d6ter- minisme mol6culaire de la perturbation du complexe reste a 61ucider. Uinventaire des mutations et l'analyse de leurs cons6quences nous fournissent d6ja des indications pr6cieuses [66, 69]. Ainsi, les mutations faux-sens paraissent toujours si6ger dans le domaine extracellulaire de la prot6ine, indiquant que les interactions e t /ou la nucl6ation ont lieu/t ce niveau.

M y o s i n e >

Figure 3. Visualisation par Western Blot de I'alpha-sarcoglycane (o~-SG) et de la gamma-sarcoglycane (',/-SG) dans des extraits totaux de muscle. La methode utilisee est decrite dans [66]. Le signal donne par la myosine sert de reference proteique interne. Les anticorps utilises sont diriges soit contre I'~-SG (50 kDa), soit contre la y-SG (35 kDa). La revelation est obtenue grace a un deuxieme anticorps visualise par luminescence. En cas d'alpha- sarcoglycanopathie prJmalre (malades 1 et 2) la diminution est plus marquee pour I~-SG que pour la "/-SG Une situation inverse est trouvee en cas de gamma-sarcoglycanopathie primaire (malades 3 et 4).

thies ,,, nous l'avons vu, peuvent 6tre primaires ou secondaires [66, 67]. Du fait de l'individualisation r6- cente des sarcoglycanopathies et de l'effectif encore restreint des cas d6- crits, il n'est pas encore possible de d6gager des caract6ristiques clini- cobiologiques sp6cifiques de chaque d6faut primaire. Cependant, un certain nombre de traits apparais- sent d6ja.

Retentissement proteique

Le d6faut primaire entraine en g~- n6ral un d6ficit tr6s marqu6 de la prot6ine correspondante, lequel re- tentit secondairement sur la quanti- t6 des trois autres partenaires du complexe des sarcoglycanes, sans diminution, ni des dystroglycanes, ni de la dystrophine. La pathologie g6n6tique confirme ainsi la r6alit6 biologique du complexe des sarcoglycanes, biochimiquement indivi-

dualis6 par l'6quipe d'Ozawa au sein du groupe plus g6n6ral des DAP [15, 17]. I1 s'agit d 'un exemple typique de ce qu'on pourrait appe- ler une ~, pathologie des domi- nos ~ : l'absence de l'une des pi6ces perturbe l'ensemble du complexe, soit en compromettant sa stabilit6, soit en emp6chant sa formation. I1 existe encore peu d'exemples de ce type de pathologie, dont les premiers cas ont 6t6 fournis par la pathologie de l'appareil cytosqueletti- que 6rythrocytaire [68]. Gageons qu'au fur et ~ mesure des progr6s des connaissances dans le domaine tr6s peu explor6 des interactions prot6iques les exemples se multi- plieront. Lorsque l'analyse est effectu6e par immunohistochimie, dont le pou- voir de discrimination quantitative est m6diocre, tousles 616ments du couple SG paraissent en g6n6ral 6galement effondr6s. I1 n'en est pas

Spectre des mutations

Elles sont r6pertori~es sur les figures 4 et 5. C'est pour le g6ne R-SG, le premier identifi6, que le spectre est le mieux connu (fig 4) [66, 69-72]. Celui-ci est tr6s vari6, consistant en 16sions discr6tes, le plus souvent ponctuelles, touchant pr6f6rentiellement des doublets hy- permutables CG, et les exons 3 et 5. On peut les subdiviser en mutations nulles et en mutations faux-sens. Comme on peut s'y, attendre les mutations nulles emp6chent toute production de prot6ine. Les mutations faux-sens ont aussi un effet quantitatif tr6s prononc6, mais des traces de prot6ine (x-SG sont visi- bles, surtout en Western-blot. Cet effet quantitatif sugg6re un r61e cri- tique de certains r6sidus d'amino- acides pour la stabilit6, soit du produit primaire, soit du complexe des SG. Nous avons en effet 61imin6 la possibilit6 d 'un effet sur la quantit6 d'ARN messager ]69]. I1 sugg6re par ailleurs que l'effet pathologique est inh6rent ~ l'effet quantitatif. Au- trement dit, des mutations faux- sens n'ayant pas d'effet d6stabili- sant pourraient ne pas avoir de con- s6quences pathologiques. Toutes les mutations faux-sens d6jh r6per- tori6es dans le g6ne ~t-SG touchent le domaine extracellulaire de la pro- t6ine [66, 69]. I1 en est de m6me pour les quelques exemples de mutations


faux-sens d6ja individualisees dans les autres g6nes de sarcoglycane (fig 5), ce qui renforce l'hypoth6se d'une pathologie d'interactions.

Mutations recurrentes et effet fondateur

Certaines mutations, comme la mutation ct-R77C, sont particuli6re- merit fr6quentes (fig 4). Le fait qu'elles soient retrouv6es sur des haplotypes diff6rents et dans diff6rentes populations indique qu'il s'agit de mutations r6currentes [69]. Dans le g6ne 7-SG, deux mutations avec effet fondateur ont 6t6 mises en 6vidence dans deux populations fortement consanguines. L'une est la mutation ~/-SG A521-T, pr6valente en Afrique du Nord [39], et aussi retrouv6e au Br6sil [73], en association avec un all61e rare du mar- queur intrag6nique D13S232 [74[. Uautre est la mutation 7-SG C283Y, associ6e a un autre all61e du mar- queur D13S232, qui semble 6tre propre aux Tsiganes d'Europe occidentale [75[. Dans ce dernier cas, la reconstitution d 'un haplotype ancestral a permis de dater la mutation/~ plus de 60 g6n6rations, c'est- /~-dire avant la date pr6sum6e de la migration historique des anc6tres des Gitans hors de l'Inde [75]. Outre son int6r6t physiopathologique, cette mutation offre donc la possibi- lit6 de v6rifier les hypoth6ses des historiens.

I I G6ne de la calpaine

Spectre des mutations

Le g~ne humain CANP3 est constitu~ de 24 exons (fig 6), recouvrant au moins 45 kb d'ADN g6nomique [56]. ft, l'heure actuelle, plus de 60 mutations CANP3 ont 6t6 identifi6es, r6- parties tout au long du g6ne, sans point chaud [76]. Les mutations r6- currentes repr6sentant moins de 25 %, la majorit6 des cas semblent donc 6tre uniques [76]. Tousles types de mutations ont 6t6 observ6s, l'exception de grandes d616tions, insertions, duplications, ou de mutations du promoteur (fig 6). Cette tr6s grande h6t6rog6ndit6 des d6- fauts mol6culaires du g6ne CANP3 est retrouv6e dans tousles pays exa-

- - L v J i l l l l ~ - - I

F I ] I ~ i,.1 m i [~,,.

M

c ..~T*

n t1233

-SG

Figure 4. Spectre des mutations clans le gene de I'alpha-sarcoglycane. Compilation des mutations deja publiees [66, 67, 69-72]. Les rectangles representent les exons ou sont individuahsees : en gti,~ : les sequences correspondent au domaine extramembranaire de la proteine ; en heir : la s~uence correspondent au domaine transmembranaire de la proteine ; en blanc : les sequences correspondant au domaine intracellulaire de la prot#ine ; en hachure : la s~uence 3'non traduite. Le symbole # desJgne les mutations recurrentes (observ6es sur des malades distincts et non apparentes par leurs haplotypes). La mutation R77C est la plus fr~uente et repr#sente un tiers des mutations, dans notre experience [69]. Le symbole * designe les polymorphismes observes [69].

min6s ace jour : France m6tropoli- taine, ile de la R6union, Br6sil, Espa- gne, Isra61, Ital!e, Japon, Liban, Suisse, Turquie, Etats-Unis, y com- pris dans certains isolats g6n6tiques (population Amish, les Basques, les ~ petits Blancs des hauts ,, ~ la R6u- nion) [76]. Faute d'anticorps capables de re- connaitre sp6cifiquement la cal-

paine 3, et en l'absence de mdthode de dosage enzymatique sp6cifique, l 'impact decesmutationsauniveau de la prot6ique n'a pu 6tre 6tudi6.

Le paradoxe reunionnais

Alors que la structure g6n~alogique des familles r6unionnaises laissait supposer l'existence d 'un effet fon-


dateur, l 'analyse de ces familles a permis l 'identification d 'au moins six mutat ions diff6rentes dans le g6ne CANP3. La pr6sence d 'une telle h6t~rog6n6it~ all6lique pour une pathologie dont la pr6valence est faible dans une petite population consanguine a 6t6 nomm6 paradoxe rdunionnais. Afin d'expliquer ce paradoxe, il a 6t6 propos6 que l'expression des mutat ions du g6ne CANP3 n6cessiterait la pr6sence d'all61es sp6cifiques au niveau d 'au moins un autre locus, hypoth6se appel6e par simplicit6 ,~ mod61e di- g6nique ~. La validit6 de ce modble, qui pourrait expliquer de nombreu-

ses autres situations g6n6tiques [77], n'a pas encore pu 6tre d6mon- tr6e dans la myopathie des ceintures. I1 suppose la d6couverte de su- jets portant des mutations homozy- gotes ou h6t6rozygotes composites dans leur gbne CANP3 mais non symptomatiques.

Des genes aux maladies

Uindividualisation r6cente des sarcoglycanopathies et des calpa/nopathies au sein des myopathies autosomiques r6cessives suscite un certain nombre d'interrogations.

• Les probl6mes 6pid4miologiques

Quelle est la part globale de ce groupe d'affections au sein des dystrophies musculaires progressives ? I1 est difficile de r6pondre a cette question tant que le diagnostic mo- 16culaire des dystrophies musculaires n'est pas entr6 dans la pratique m6dicale. Pour l 'instant, les don- n6es sur ce sujet sont peu nombreu- ses et contradictoires, et la proportion semble assez variable selon les populations [78-82]. S'agissant de maladies autosomiques r6cessives, on doit s 'attendre a une plus grande fr6quence au sein des populations

: a u x - s e r l ,

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N u l l e - ; : a u x - ~ e n ~ ~ l u l l e ;

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G - , A ~ C ,,., G ~ nt940 X 942~\

C ,,.* T ~ i n s G ' ~ \ 8 8 9 ~ 911 ~N~7" j~ J

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C .-, 7~ ~ nt84 y

8-SG

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Figure 5. Spectre des mutations dans les genes des [3-, y- et 8-sarcoglycanes. Compilation des mutations deja publiees [39-43, 73, 75, 88]. Les rectangles representent les exons ofJ sont individuahsees : en grise : les sequences correspondant au domaine extramembranaire de la proteine ; en noir : la sequence correspondant au domaine transmembranaire de la proteine ; en blanc : les sequences correspondant au domaine intracellulaire de la proteine ; en hachur$ : la s~quence 3' non traduite. Noter Ibrientation inverse par rapport au gene de I~-SG (fig 4). Le symbole # designe les mutations recurrentes (observees sur des malades distincts et non apparentes par leurs haplotypes ). Le symbole • designe les mutations avec effet fondateur. Le symbole * designe les polymorphismes observes.


endogames, comme par exemple en Afrique du Nord [6]. Quelle est la part de responsabilit6 des diff6rents g6nes au sein des sarcoglycanopathies ? Lh encore, la proportion peut diff6rer selon les populations. Dans notre exp6- rience, les 7-sarcoglycanopathies sont plus frdquentes en Afrique du Nord, alors qu'en Europe occidentale, hormis le cas particulier des Tsiganes, on ne rencontre pratique- ment que des c~-sarcoglycanopathies (r6sultats non publi6s). Quant

la distribution des calpainopathies, elle semble assez ubiquitaire [76]. Le taux de calpainopathies parmi les familles que nous avons 6tudi6es, toutes origines confon- dues, avoisine les 50 % (Richard, r6- sultats non publids). Si ces donn6es se confirmaient, les calpainopathies pourraient repr6senter une fraction majeure des dystrophies autosomiques r6cessives progressives.

• Le probl6me du diagnostic mol6culaire diff6rentiel

Nous proposons dans le tableau V une strat6gie diagnostique fondle sur l 'analyse en premibre intention des prot6ines musculaires, et permettant de d6finir un arbre d6ci- sionnel. Un compl6ment utile de cette strat6gie est l 'analyse de linkage, laquelle peut fournir dans des cas privil6gi6s (hombre suffisant de m6ioses informatives) un 616ment d'orientation d6cisif. Dans ce sch6- ma, en at tendant la possibilit6 d 'analyser la calpa~ne 3 au niveau prot6ique, le diagnostic de calpai- nopathie est difficile et demeure pour le moment un diagnostic d'ex- clusion (tableau V). Cela conduit sans doute ~ sous-estimer la part de cette pathologie.

• Corr61ations g6notype/ ph6notype ; physiopathologie

Sarcoglycanopathies D'une mani6re g6n6rale, les sarcoglycanopathies partagent sur le plan clinique des traits qui les appa- rentent plut6t aux dystrophinopathies, comme l 'hypertrophie des mollets, la fr6quente macroglossie,

A: Structure protdique de la calpa~'ne3

II III IV domaine de prot4ase domaine de liaison au

cysteme Ca2+ (4 boucles EF)

B: Organisation gdnomique du g~ne CANP3

1 2 3 4 5 6 ? 8 9 10 11 12 13 141516 1718192021 222324

C: Distribution des mutations calpa~'ne3 selon le type

exons

II I I I I I I II I II I III I III II II I11 I I IIII

D: Distribution globale des mutations calpat'ne3 Illlllll Ill IIHlll I II II Illl Illl II Illlll 5-'°'a'

Figure 6. Representation schematique des domaines proteiques (A ), de I' orgamsatlon genomique correspondante (B), et de la distribution des mutations (C et D) de la calpaYne 3 [56, 76].

l 'atteinte musculaire proximale et peu s61ective, l'616vation marqu6e de la cr6atine kinase. En revanche, l 'atteinte respiratoire et cardiaque y est beaucoup moins pr6dominante. Quant au retard mental, il semble absent ou non corr616. Avec le faible recul dont on dispose, il semble que les [~-, y- et 6-sarcoglycanopathies soient en r6gle g6n6rale s6v6res, avec un d6but dans l 'enfance et un tableau de Duchenne ou de Becker s6v6re [40-42, 44, 73, 75]. I1 faut cependant insister sur le fait que l '6chantillon de patients analys6s jusqu'a pr6sent est encore restreint, se limitant aux cas les plus s6v6res. I1 n'est pas impossible qu'en 61ar- gissant les investigations ~ des malades moins s6v6rement atteints, on en vienne ~ d6couvrir une plus grande variabilit6 clinique, comme cela a 6t6 le cas pour les c~-sarcoglycanopathies. En effet, pour ces derni6res, il est maintenant av6r6 qu'elles peuvent donner une vari6t6 de tableaux cliniques atlant de la forme s6v6re, avec perte de la marche avant 12 ans, h des formes tr6s peu invali-

dantes, r6v616es tardivement par des crampes e t / ou une fatigabilit6 et objectiv6es par un 616vation importante de la cr6atine-kinase [66, 67, 69, 83]. I1 est tentant d'attribuer ces variations ph6notypiques consi- d6rables ~ des mutations diff6ren- tes dans le g6ne de l'0t-SG. Effective- ment, il apparait que les mutations nulles sont invariablement h l'origine de tableaux cliniques [66, 69], et que les mutations faux-sens en- trainent une grande vari6t6 de ph6- notypes. La mutat ion R77C a l'6tat homozygote est responsable d 'une forme s6vbre, alors que la mutat ion homozygote R284C est retrouv6e dans les formes les moins s6v6res [69]. En dehors de ces situations extr6- mes, il est difficile d'attribuer un ph6notype constant/i une mutation particuli6re. Pour une m6me mutation homozygote, ou avec le m6me assortiment d'all61es en cas d'h6t6- rozygotie composite, on observe des variations d 'une famille a une autre, et dans une m0me fratrie [69, 83]. Ces variations, qui avaient d6ja 6t6 soulign6es dans les observations


princeps des cliniciens [6], pourraient refl6ter l 'intervention de g6nes modificateurs. La physiopathologie des sarcoglycanopathies n'est pas encore com- prise. Certes, il s'agit d'une perturbation d 'un complexe sarcolemmique servant d'interm6diaire entre le cytosquelette intracellulaire, via la dystrophine, et la matrice extracellulaire. Uobservation pr61iminaire de la perturbation secondaire de ce complexe en cas de dystrophinopathies [24-26] laissait penser que le complexe pouvait jouer un r61e central, expliquant le processus dystro- phique, tant dans les dystrophinopathies primaires que dans les sarcoglycanopathies primaires [27]. Une restauration du complexe ap- paraissait d~s lors comme une voie possible de correction des dystrophinopathies. Une exp6rience 616- gante, r6alis6e concurremment par deux groupes, devait invalider cette hypoth6se. En effet, l'expression forc6e par transgen6se de la pro- t6ine DP71 (correspondant/~ la partie C-terminale de la dystrophine) dans le muscle de souris mdx res- taure compl6tement les complexes associ6s /~ la dystrophine (dystroglycane et sarcoglycane) sans am6- liorer aucunement le processus dys- trophique [84, 85]. Ainsi, en d6pit des similitudes cliniques et mor- phologiques, dystrophinopathies et sarcoglycanopathies n'ont pas encore

regu d'explication physiopathologique unificatrice.

Calpa(nopathies

Comme pour les Gt-sarcoglycanopathies, le tableau clinique induit par les mutations faux-sens est en g6n6- ral moins s6v6re que celui des mutations nulles [76]. Puisque ces derni6res produisent une prot6ine largement tronqu6e et tr6s proba- blement non fonctionnelle, il est permis de penser que la pathologie ne r6sulte pas d'une activation in- tempestive de la calpaine 3, autre- ment dit d'une exacerbation de son activit6 prot6olytique. I1 s'agit donc d'une pathologie r6cessive classi- que par perte de fonction. Or, nous l'avons vu, cette fonction demeure totalement inconnue. En l'absence d'indications sur la localisation cellulaire de la calpai'ne 3, sur la nature de son ou de ses substrats physiolo- gique, ainsi que sur l'impact prot6i- que des mutations, en particulier faux-sens, on en est r6duit ~ des sp6culations. On a sugg6r6 un r61e 6ventuel de la calpaine 3 pendant la myogen6se, notamment par le truchement d 'une prot6olyse programm6e et pr6cis6ment r6gul6e des facteurs de transcription comme MyoD et myo- g6nine, ceux-ci n'6tant exprim6s que dans des fen6tres spatio-tem- porelles tr6s sp6cifiques. Pourtant,

nile tableau clinique, ni la pathologie ne sont 6vocateurs d'une maladie du d6veloppement musculaire, et de nombreux territoires ne sont pas touch6s. I1 est donc probable que l'activit6 de la calpaine 3 inter- vienne dans le maintien de la masse musculaire plut6t que dans sa formation. La liaison avec la titine et la r6gulation par le calcium peuvent 6galement faire penser/t une intervention de la calpaine 3 au niveau du processus m6me de la contraction musculaire. On peut imaginer une fonction de protection des cel- lules musculaires par une intervention dans le catabolisme de certaines prot6ines. La perturbation de cette fonction pourrait conduire une accumulation toxique de certains compos6s et finalement /~ la d6gradation des fibres musculaires.

• L'6clatement de la nosologie

La d6couverte des g6nes impliqu6s dans les maladies g6n6tiques monofactorielles, et la caract6risa- tion de leurs mutations ont boule- vers6 les classifications clinico-mor- phologiques classiques. Les dystrophies musculaires en sont une illustration. D'une part une m6me entit6 clinique peut recouvrir une va- ri6t6 de g6nes pathologiques : c'est le cas de l'ensemble h6t6roclite abusive- merit appel6 << myopathies des ceintures ,, qui peuvent ~tre dues/t une

Tableau V. Diagnostic mol6culaire des dystrophies musculaires progressives.

Catdy, orie moldculaire Protdine explorde Statut G~ne rnutd Locus

Dyst rophinopa th ies Dys t rophine - absente DYS D M D / B M D (Xp21) - t ronqu6e e t / o u d iminu6e DYS D M D / B M D (Xp21) - normale SG ou CANP3

Sarcoglycanopathies a lpha-sarcoglycane - absente ct-SG LGMD2D (17q) (adhaline) - d iminu6e 0~-SG ou les autres SG

- normale voir CANP3

gamma-sa rcog lycane - absente y-SG LGMD2C (3q) - d iminu6e y-SG ou les autres SG

b6ta-sarcoglycane absente ~-SG LGMDE (4q)

del ta-sarcoglycane absente 6-SG LGMDE (5q)

Calpainopatt i ies Calpaine 3 (produit du ? CANP3 LGMD2A (15q) g6ne non encore accessible /~ l 'analyse

DMD : dys t rophie muscula i re de Duchenne ; BMD : dys t rophie muscula i re de Becker ; DYS : dys t roph ine ; SG : sarcoglycane ; CANP3 : calpaine 3.


anomalie siegeant soit dans le g6ne de la calpaine 3, soit dans Fun des g6nes du complexe des sarcoglycanes. D'autre part, la pathologie d ' un m6me g6ne peut conduire a des ph6notypes diff6rents, paraissant ressortir de maladies diff6rentes : c'est le cas des mutations dans le g6ne de la dystrophine, ou dans celui de l'ot-sarcoglycane, qui peuvent induire des myopathies s6v6res ou b6nignes, selon l'all61e consid6r6, et aussi en fonction de variations 6pis- tatiques dont les m6canismes nous 6chappent encore compl6tement. Pourtant, en l'absence de strictes corr61ations g6notype/ph6notype, la nouvelle nosologie mol6culaire ne saurait se substituer compl6te- ment ~ la nosologie clinique. C'est vers une nosologie mixte que l 'on s'achemine, oh la connaissance des bases mol&ulaires de chaque myopathie est imm6diatement importante pour le conseil g6n6tique. EUe l'est aussi pour la compr6hension de la physiopathologie, 6tape obli- g6e pour le d6veloppement de th6- rapeutiques raisonn6es. Au fur e t a mesure de leur d6cou- verte, les g6nes de dystrophies musculaires nous ont aussi fourni les 616- ments d ' u n e classif icat ion subcellulaire de la pathologie (tableau I). On peut d6sormais parler de pathologie du sarcolemmme pour les dystrophinopathies et les sarcoglycanopathies. De m6me, pour d'autres myopathies, dont nous n 'avons pas parl6 dans cette revue, peut-on parler de pathologie de la matrice extracellulaire (laminine-2 pour certaines dystrophies musculaires cong6nita- les ; collag6ne de type VI pour la myopathie de Bethlem), ou de pathologie du cytosquelette (plectine des filaments interm6diaires pour l'6pi- dermolyse bulleuse avec myopathie) (tableau I). Quant aux calpainopathies, premier exemple d 'une pathologie musculaire par anomalie d 'une pro- t6ase, elles constituent ~ l 'heure actuelle une 6nigme physiopathologique. I1 est possible que les autres g6nes de dystrophies musculaires progressives r6cessives restant a d6- couvrir, au locus LGMD2B sur le chromosome 2 [86], ou non encore

localis6s [871, r6servent d 'autres surprises. Pour toutes ces pathologies, des mod61es murins, dans lesquels le g6ne correspondant a 6t6 inactiv6, sont en construction. Quoique l 'ad6quation de chacun de ces mo- d61es aux pathologies humaines reste encore a d6montrer, ceux-ci mod61es seront n6anmoins fort uti- les pour l '6tude d6taill6e de la physiopathologie, et le cas 6ch6ant, pour le d6veloppement d 'appro- ches th6rapeutiques.

Remerciements Nous remercions les nombreux col- laborateurs qui ont permis l'61abo- ration de ce manuscrit : d 'une part ceux de nos propres 6quipes, trop nombreux pour les citer nomm6- ment mais qui se reconnaitront, d 'autre part ceux des autres 6quipes 6troitement associ6es a nos travaux, en particulier M Fardeau, FMS Tom6 (Inserm U 153, Institut de myologie, h6pital de la Salp6- tri6re, Paris), KP Campbell (Iowa City, l~tats-Unis), G Jackson (De- troit, I~tats-Unis), L Merlini (Bolo- gne, Italie), T Voit (Essen, Allema- gne), LVB Anderson (Newcastle, Royaume-Uni). Les travaux originaux mentionn6s dans ce travail ont 6t6 r6alis6s avec le soutien financier de L'Inserm, de I'AFM, du G6n6thon, du Greg et de l'Assistance publique-H6pitaux de Paris (DRC).

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Bases moléculaires des dystrophies musculaires progressives à transmission autosomique récessive