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Les Principes de Médecine Interne de Harrison | imPrintinG, anD uniParental Disomy Selon les principes mend liens traditionnels, l'origine parentale d'un g ne mutant n'est pas pertinente pour l'expression du ph notype. Cette r gle est toutefois assortie d'exceptions. L'inactivation X emp che l'expression de la plupart des g nes sur l'un des deux chromosomes X dans chaque cellule d'une femme. L'inactivation g nique par empreinte g nomique se produit sur certaines r gions chromosomiques des autosomes et conduit l'expression pr f rentielle h r ditaire de l'un des all les parentaux. Il est d'importance physiopathologique dans les troubles o la transmission de la maladie d pend du sexe du parent transmetteur et joue donc un r le important dans l'expression de certains troubles g n tiques. Deux exemples classiques sont le syndrome de Prader-Willi et le syndrome d'Angelman (chap. 83e). Le syndrome de Prader-Willi se caract rise par une diminution de l'activit f tale, de l'ob sit , de l'hypotonie, du retard mental, de la petite taille et de l'hypogonadisme hypogonadotrope. Les d l tions de la copie paternelle du locus Prader-Willi situ sur le bras court du chromosome 15 entra nent un syndrome de g ne contigu impliquant des copies paternelles manquantes des g nes necdin et SNRPN, entre autres. En revanche, les patients atteints du syndrome d'Angelman, caract ris par un retard mental, des convulsions, une ataxie et une hypotonie, pr sentent des d l tions impliquant la copie maternelle de cette r gion sur le chromosome 15. Ces deux syndromes peuvent galement r sulter d'une disomie uniparentale. Dans ce cas, les syndromes ne sont pas caus s par des d l tions sur le chromosome 15 mais par l'h ritage de deux chromosomes maternels (syndrome de Prader-Willi) ou de deux chromosomes paternels (syndrome d'Angelman). Enfin, les deux ph notypes distincts peuvent galement tre caus s par un d faut d'empreinte qui nuit la r initialisation de l'empreinte lors du d veloppement du zygote (un d faut chez le p re entra ne le syndrome de Prader-Willi ; un d faut chez la m re entra ne le syndrome d'Angelman). L'empreinte et le ph nom ne connexe d'exclusion all lique peuvent tre plus fr quents que ce qui est actuellement document , car il est difficile d'examiner les niveaux d'expression de l'ARNm des all les maternel et paternel dans des tissus sp cifiques ou dans des cellules individuelles. L'empreinte g nomique, ou disomie uniparentale, est impliqu e dans la pathogen se de plusieurs autres troubles et tumeurs malignes (Chap. 83e). Par exemple, les taupes hydatidiformes contiennent un nombre normal de chromosomes diplo des, mais elles sont toutes d'origine paternelle. La situation inverse se produit dans les t ratomates ovariennes, avec 46 chromosomes d'origine maternelle. L'expression du g ne imprim pour le facteur de croissance analogue l'insuline II (IGF-II) est impliqu e dans la pathogen se du syndrome de Beckwith-Wiedemann (BWS) pr disposant au cancer (chap. 101e). Ces enfants pr sentent une prolif ration somatique avec des organom galies et une h mihypertrophie, et ils ont un risque accru de tumeurs malignes embryonnaires telles que la tumeur de Wilms. Normalement, seule la copie paternelle du g ne IGF-II est active et la copie maternelle est inactive. L'empreinte du g ne IGF-II est r gul e par H19, qui code pour un transcrit d'ARN qui n'est pas traduit en prot ine. La perturbation ou l'absence de m thylation de l'H19 entra ne une relaxation de l'empreinte et de l'expression de l'IGF-II des deux all les. Les alt rations de l' pig nome par le gain et la perte de m thylation de l'ADN, ainsi que les modifications des histones, jouent un r le important dans la pathogen se des tumeurs malignes. Chapitre 82 Principes de la g n tique humaine mutations somatiques Le cancer peut tre consid r comme une maladie g n tique au niveau cellulaire (Chap. 101e). Les cancers sont d'origine monoclonale, indiquant qu'ils sont issus d'une seule cellule pr curseur avec une ou plusieurs mutations dans les g nes contr lant la croissance (prolif ration ou apoptose) et/ou la diff renciation. Ces mutations somatiques acquises sont limit es la tumeur et ses m tastases et ne se retrouvent pas dans le tissu normal environnant. Les alt rations mol culaires comprennent des mutations dominantes de gain de fonction dans les oncog nes, des mutations r cessives de perte-offonction dans les g nes suppresseurs de tumeurs et les g nes de r paration de l'ADN, l'amplification g nique et les r arrangements chromosomiques. Rarement, une seule mutation dans certains g nes peuvent tre suffisants pour transformer une cellule normale en cellule maligne. Dans la plupart des cancers, cependant, le d veloppement d'un ph notype malin n cessite plusieurs alt rations g n tiques pour la progression progressive d'une cellule normale une cellule canc reuse, un ph nom ne appel carcinogen se en plusieurs tapes (CHAPS. 101e et 102e). Les analyses l' chelle du g nome des cancers utilisant le s quen |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | age profond r v lent souvent des r arrangements somatiques entra nant des g nes de fusion et des mutations dans plusieurs g nes. Les analyses de s quence compl tes fournissent des informations suppl mentaires sur l'h t rog n it g n tique au sein des tumeurs malignes ; celles-ci comprennent l'h t rog n it intratumorale entre les cellules de la tumeur primaire, l'h t rog n it interm tastatique et intram tastatique et les diff rences interpatientes. Ces analyses soutiennent en outre la notion de cancer en tant que processus continu d' volution clonale, dans lequel des cycles successifs de s lection clonale au sein de la tumeur primaire et des l sions m tastatiques entra nent diverses alt rations g n tiques et pig n tiques qui n cessitent des th rapies cibl es (personnalis es). L'h t rog n it des mutations au sein d'une tumeur peut galement entra ner une r sistance aux th rapies cibl es, car les cellules pr sentant des mutations r sistantes la th rapie, m me si elles constituent une partie mineure de la population tumorale, seront s lectionn es au fur et mesure que les cellules les plus sensibles seront tu es. La plupart des tumeurs humaines expriment la t lom rase, une enzyme form e d'une prot ine et d'un composant ARN, qui ajoute des r p titions de t lom res aux extr mit s des chromosomes pendant la r plication. Ce m canisme emp che le raccourcissement des t lom res, qui est associ la s nescence dans les cellules normales et est associ une capacit de r plication accrue dans les cellules canc reuses. Les inhibiteurs de t lom rase fournissent une nouvelle strat gie pour traiter les cancers humains avanc s. Dans de nombreux syndromes canc reux, il existe une pr disposition h r ditaire la formation de tumeurs. Dans ces cas, une mutation germinale est h rit e de mani re autosomique dominante inactivant un all le d'un g ne suppresseur de tumeur autosomique. Si le deuxi me all le est inactiv par une mutation somatique ou par un silen age pig n tique dans une cellule donn e, cela entra nera une croissance n oplasique (mod le deux coups de Knudson). Ainsi, l'all le d fectueux dans la lign e germinale est transmis en mode dominant, bien que la tumorigen se r sulte d'une perte biall lique du g ne suppresseur de tumeur dans un tissu affect . L'exemple classique pour illustrer ce ph nom ne est le r tinoblastome, qui peut se pr senter comme une tumeur sporadique ou h r ditaire. Dans le r tinoblastome sporadique, les deux copies du g ne du r tinoblastome (RB) sont inactiv es par deux v nements somatiques. Dans le r tinoblastome h r ditaire, un all le RB mut ou d l t est h rit de mani re autosomique dominante et le second all le est inactiv par une mutation somatique ult rieure. Ce mod le deux impacts s'applique d'autres syndromes canc reux h r ditaires tels que MEN 1 (chap. 408) et la neurofibromatose de type 2 (chap. 118). nucleotiDe rePeat exPansion DisorDers Plusieurs maladies sont associ es une augmentation du nombre de r p titions de nucl otides au-dessus d'un certain seuil (Tableau 82-4). Les r p titions sont parfois situ es dans la r gion codante des g nes, comme dans la maladie de Huntington ou la forme li e l'X de l'atrophie musculaire rachidienne et bulbaire (SBMA ; syndrome de Kennedy). Dans d'autres cas, les r p titions modifient probablement les s quences de r gulation des g nes. Si une expansion est pr sente, le fragment d'ADN est instable et a tendance s' tendre davantage au cours de la division cellulaire. La longueur de la r p tition nucl otidique est souvent corr l e la gravit de la maladie. Lorsque la dur e des r p titions augmente d'une g n ration l'autre, les manifestations de la maladie peuvent s'aggraver ou tre observ es un ge plus pr coce ; ce ph nom ne est appel anticipation. Dans la maladie de Huntington, par exemple, il existe une corr lation entre l' ge d'apparition et la longueur de l'expansion du codon triplet (chap. 444e). L'anticipation a galement t document e dans d'autres maladies caus es par des mutations dynamiques dans les r p titions de trinucl otides (Tableau 82-4). Le nombre de r p titions peut galement varier d'une mani re sp cifique au tissu. Dans la dystrophie myotonique, la r p tition de CTG peut tre dix fois plus importante dans le tissu musculaire que dans les lymphocytes (Chap. 462e). Troubles g n tiques complexes L'expression de nombreuses maladies courantes telles que les maladies cardiovasculaires, l'hypertension, le diab te, l'asthme, les troubles psychiatriques et certains cancers est d termin e par une combinaison de ant c dents g n tiques, de facteurs environnementaux et de mode de vie. Un trait est appel polyg nique si plusieurs g nes contribuent au ph notype ou multifactorielle si plusieurs g nes sont suppos s interagir avec des facteurs environnementaux. Les mod les g n tiques pour ces traits complexes doivent tenir compte de l'h t rog n it g n tique et des interactions avec d'autres g nes et l'environ |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | nement. Les traits g n tiques complexes peuvent tre influenc s par des g nes modificateurs qui ne sont pas li s au g ne principal impliqu dans la pathogen se du trait. Ce type d'interaction g ne-g ne, ou pistasie, joue un r le important dans les traits polyg niques qui n cessitent la pr sence simultan e de variations dans plusieurs g nes pour aboutir un ph notype pathologique. Le diab te sucr de type 2 fournit un paradigme pour consid rer un trouble multifactoriel, car les facteurs g n tiques, nutritionnels et de style de vie sont intimement li s la pathogen se de la maladie (Tableau 82-5) (Chap. 417). L'identification des variations g n tiques et des facteurs environnementaux qui pr disposent ou prot gent contre la maladie est essentielle pour pr dire le risque de maladie, concevoir des strat gies pr ventives et d velopper de nouvelles approches th rapeutiques. L' tude des maladies monog niques rares peut fournir un aper u de certains des m canismes g n tiques et mol culaires importants dans la pathogen se de maladies complexes. Par exemple, l'identification des g nes causant des formes monog niques de diab te sucr n onatal permanent ou de diab te de maturit les a d finis comme des g nes candidats dans la pathogen se du diab te sucr de type 2 (tableaux 82-2 et 82-5). Les scanners du g nome ont identifi de nombreux g nes et loci qui peuvent tre associ s la sensibilit au d veloppement du diab te sucr dans certaines populations. Les efforts visant identifier les g nes de sensibilit n cessitent des chantillons de tr s grande taille, et les r sultats positifs peuvent d pendre de l'origine ethnique, des crit res de d termination et de l'analyse statistique. Les tudes d'association analysant l'influence potentielle des SNP (biologiquement fonctionnels) et des haplotypes de SNP sur un ph notype particulier fournissent de nouvelles informations sur les g nes impliqu s dans la pathogen se de ces troubles courants. Les grands variants ([micro]d l tions, duplications et inversions) pr sents dans la population humaine contribuent galement la pathogen se de troubles complexes, mais leurs contributions restent mal comprises. tudes de liaison et d'association Il existe deux strat gies principales pour cartographier les g nes qui causent ou augmentent la sensibilit aux maladies humaines : (1) la liaison classique peut tre effectu e sur la base d'un mod le g n tique connu ou, lorsque le mod le est inconnu, en tudiant des paires de parents affect s ; ou (2) les g nes de la maladie peuvent tre cartographi s l'aide d' tudes d'association all lique (Tableau 82-6). Lien g n tique La liaison g n tique fait r f rence au fait que les g nes sont physiquement connect s ou li s les uns aux autres le long des chromosomes. Deux principes fondamentaux sont essentiels pour comprendre le concept de liaison : (1) lorsque deux g nes sont proches l'un de l'autre sur un chromosome, ils sont g n ralement transmis ensemble, moins qu'un v nement de recombinaison ne les s pare (Figs. 82-6) ; et (2) la probabilit d'un croisement, ou d'un v nement de recombinaison, entre deux g nes li s est proportionnelle la distance qui les s pare. Ainsi, les g nes les plus loign s sont plus susceptibles de subir un v nement de recombinaison que les g nes tr s proches les uns des autres. La d tection des loci chromosomiques qui se s parent avec une maladie par liaison peut tre utilis e pour identifier le g ne responsable de la maladie (clonage positionnel) et pour pr dire les chances de transmission du g ne de la maladie dans le conseil g n tique. Les polymorphismes sont essentiels pour les tudes de liaison car ils fournissent un moyen de distinguer les chromosomes maternels et paternels chez un individu. En moyenne, 1 sur 1000 pb varie d'une personne l'autre. Bien que ce degr de variation semble faible (99,9 % identique), cela signifie qu'il existe >3 millions de diff rences de s quence entre deux individus non apparent s et que la probabilit que la s quence ces loci diff re sur les deux chromosomes homologues est lev e (souvent >70-90 %). Ces variations de s quence comprennent un nombre variable de r p titions en tandem (VNTR), de r p titions en tandem courtes (STR) et de SNP. La plupart des STR, galement appel s marqueurs microsatellites polymorphes, sont constitu s de r p titions di-, tri- ou t tranucl otidiques qui peuvent tre caract ris es facilement l'aide de la r action en cha ne par polym rase (PCR). La caract risation des SNP, l'aide de puces ADN ou de billes, permet des analyses compl tes de la g n tique des tudes de variation, de liaison et d'association. Bien que ces variations de s quence n'aient souvent aucune cons quence fonctionnelle apparente, elles fournissent une grande partie de la base de la variation des traits g n tiques. Afin d'identifier un locus chromosomique qui se s gr ge avec une maladie, il est n cessaire de caract riser les marqueurs ADN polymor |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | phes d'individus affect s et non affect s d'un ou plusieurs pedigrees. On peut Analyse d'association g n tique Convient l'identification des g nes de sensibilit dans N cessite un chantillon de grande taille et une population de troubles polyg niques et multifactoriels t moins appari s Convient pour tester des variants all liques sp cifiques de r sultats faussement positifs connus en l'absence de population t moin de loci candidats appropri s Facilit par les donn es HapMap, rendre l'approche des g nes candidats GWAS plus r alisable ne permet pas la d tection de nouveaux g nes et voies, puis d' valuer si certains all les marqueurs co-s gr gent avec la maladie. Les marqueurs les plus proches du g ne de la maladie sont moins susceptibles de subir des v nements de recombinaison et re oivent donc un score de liaison plus lev . Le lien est exprim sous la forme d'un score lod (logarithme des cotes) - le rapport de la probabilit que la maladie et les locus marqueurs soient li s plut t que non li s. Les scores Lod de +3 (1000:1) sont g n ralement accept s comme lien de soutien, tandis qu'un score de 2 est coh rent avec l'absence de lien. association all lique, linkaGe Disequilibrium, une association D HaPlotyPes Allelic fait r f rence une situation dans laquelle la fr quence d'un all le est significativement augment e ou diminu e chez les individus atteints d'une maladie particuli re par rapport aux t moins. Le lien et l'association diff rent plusieurs gards. Le lien g n tique est d montrable dans les familles ou les fratries. Les tudes d'association, en revanche, comparent une population d'individus affect s une population t moin. Les tudes d'association peuvent tre r alis es sous forme d' tudes cas-t moins incluant des personnes affect es non apparent es et des t moins appari s ou sous forme d' tudes familiales comparant les fr quences des all les transmis ou non transmis aux enfants affect s. Les tudes d'association all lique sont particuli rement utiles pour identifier les g nes de susceptibilit dans les maladies complexes. Lorsque les all les deux loci se produisent plus fr quemment en combinaison que pr vu (sur la base des fr quences d'all les et des fractions de recombinaison connues), on dit qu'ils sont en d s quilibre de liaison. Les preuves d'un d s quilibre de liaison peuvent tre utiles pour cartographier les g nes de la maladie, car elles sugg rent que les deux locus sont troitement li s. La d tection des facteurs g n tiques contribuant la pathogen se des troubles complexes courants reste un grand d fi. Dans de nombreux cas, il s'agit d'all les faible p n tration (par exemple, des variations qui ont individuellement un effet subtil sur le d veloppement de la maladie, et elles ne peuvent tre identifi es que par des GWAS impartiaux) (Catalogue des tudes publi es sur l'association l' chelle du g nome ; Tableau 82-1) (Fig. 82-14). La plupart des variants se produisent dans des s quences non codantes ou r gulatrices, mais ne modifient pas la structure des prot ines. L'analyse des troubles complexes est encore compliqu e par les diff rences ethniques dans la pr valence de la maladie, les diff rences dans les fr quences des all les dans les g nes de susceptibilit connus parmi diff rentes populations, l'h t rog n it locale et all lique, les interactions g ne-g ne et g ne-environnement, et la possibilit de ph nocopies. Les donn es g n r es par le projet HapMap facilitent grandement le GWAS pour la caract risation de troubles complexes. Les SNP adjacents sont h rit s ensemble sous forme de blocs, et ces blocs peuvent tre identifi s en g notypant des SNP marqueurs s lectionn s, appel s SNP Tag, r duisant ainsi les co ts et la charge de travail (Fig. 82-4). La disponibilit de ces informations permet la caract risation d'un nombre limit de SNP pour identifier l'ensemble des haplotypes pr sents chez un individu (par exemple, dans les cas et les contr les). Ceci, son tour, permet d'effectuer des GWAS en recherchant des associations de certains haplotypes avec un ph notype de maladie d'int r t, une tape essentielle pour d m ler les facteurs g n tiques contribuant des troubles complexes. PoPulation Genetics In population genetics, the focus changes from alterations in an individual's genome to the distribution pattern of different genotypes in the population. Dans le cas o il n'y a que deux all les, A et a, la fr quence des g notypes sera p2 + 2pq + q2 = 1, avec p2 correspondant la fr quence de AA, 2pq la fr quence de Aa, et q2 aa. Lorsque la fr quence d'un all le est connue, la fr quence du g notype peut tre calcul e. Alternativement, on peut d terminer une fr quence d'all le si la fr quence de g notype a t d termin e. Les fr quences des all les varient selon les groupes ethniques et les r gions g ographiques. Par exemple, les mutations h t rozygotes dans le g ne CFTR sont relativement fr quentes dans les populations d'origine euro |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | p enne mais sont rares dans la population africaine. Les fr quences all liques peuvent varier car certains variants all liques conf rent un avantage s lectif. Par exemple, les h t rozygotes pour la mutation dr panocytaire, qui est particuli rement fr quente en Afrique de l'Ouest, sont plus r sistants l'infection palud enne car les rythrocytes des h t rozygotes fournissent un environnement moins favorable aux parasites Plasmodium. Bien que l'homozygotie pour la mutation dr panocytaire soit associ e une an mie s v re et des crises de dr panocytose (chap. 127), les h t rozygotes ont une probabilit de survie plus lev e en raison de la r duction de la morbidit et de la mortalit dues au paludisme ; ce ph nom ne a conduit une fr quence accrue de l'all le mutant. Les conditions r cessives sont plus r pandues dans les populations g ographiquement isol es en raison du pool g n tique plus restreint. Approche du patient dyspn ique Pour le clinicien praticien, les ant c dents familiaux restent une tape essentielle pour reconna tre la possibilit d'une pr disposition h r ditaire la maladie. Lors de la prise des ant c dents, il est utile de dessiner un 443 d taill All les rares Maladie mend lienne Variantes de basse fr quence effet interm diaire Typique : Variantes communes faible effet sur la maladie complexe Rare : Variantes communes effet lev sur la maladie complexe Variantes rares faible effet : difficile identifier Taille de l'effet 50 3,0 1,5 1,1 lev Interm diaire Moyen Faible 0,001 0,005 0,05 FIGURE 82-14 Relation entre la fr quence des all les et la taille de l'effet dans les troubles monog niques et polyg niques. Dans les troubles mend liens classiques, la fr quence des all les est g n ralement faible mais a un impact lev (trouble g ne unique). Cela contraste avec les troubles polyg niques qui n cessitent la combinaison de plusieurs all les faible impact qui sont souvent assez fr quents dans la population g n rale. pedigree des parents au premier degr (par exemple, parents, fr res et s urs et enfants), car ils partagent 50 % des g nes avec le patient. Les symboles standard pour les pedigrees sont repr sent s sur la Fig. 82-11. Les ant c dents familiaux doivent inclure des informations sur l'origine ethnique, l' ge, l' tat de sant et les d c s, y compris les nourrissons. Ensuite, le m decin doit examiner s'il existe des ant c dents familiaux de la m me maladie ou de maladies apparent es au probl me actuel. Une enqu te ax e sur les troubles courants tels que les cancers, les maladies cardiaques et le diab te sucr devrait suivre. En raison de la possibilit d'une expressivit et d'une p n trance d pendantes de l' ge, les ant c dents familiaux devront tre mis jour par intermittence. Si les r sultats sugg rent un trouble g n tique, le clinicien doit valuer si certains membres de la famille du patient peuvent tre risque de porter ou de transmettre la maladie. Dans cette circonstance, il est utile de confirmer et d' tendre le pedigree en fonction des commentaires de plusieurs membres de la famille. Ces informations peuvent constituer la base du conseil g n tique, de la d tection des porteurs, de l'intervention pr coce et de la pr vention des maladies chez les proches du patient index (chap. 84). Dans les cas o un diagnostic au niveau mol culaire peut tre pertinent, il est important d'identifier un laboratoire appropri qui peut effectuer le test appropri . Les tests g n tiques sont disponibles pour un nombre croissant de troubles monog niques dans les laboratoires commerciaux. Pour les troubles peu fr quents, le test ne peut tre effectu que dans un laboratoire de recherche sp cialis . Les laboratoires agr s proposant des tests de d pistage des troubles h r ditaires peuvent tre identifi s dans des ressources en ligne continuellement mises jour (par exemple, GeneTests ; Tableau 82-1). Si un test g n tique est envisag , le patient et la famille doivent tre inform s des implications potentielles des r sultats positifs, y compris la d tresse psychologique et la possibilit de discrimination. Le patient ou les soignants doivent tre inform s de la signification d'un r sultat n gatif, des limitations techniques et de la possibilit de r sultats faux n gatifs et non concluants. Pour ces raisons, les tests g n tiques ne doivent tre effectu s qu'apr s avoir obtenu le consentement clair . Les directives thiques publi es abordent les aspects sp cifiques qui devraient tre pris en compte lors du test des enfants et des adolescents. Les tests g n tiques doivent g n ralement tre limit s aux situations dans lesquelles les r sultats peuvent avoir un impact sur la prise en charge m dicale. La m decine g nomique vise am liorer la qualit des soins m dicaux gr ce l'utilisation de l'analyse g notypique (tests ADN) pour identifier la pr disposition g n tique la maladie, s lectionner une pharmacoth rapie plus sp cifique et concevoir des soins m dicaux indiv |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | idualis s bas s sur le g notype. Le g notype peut tre d duit par analyse de prot ines (par exemple, l'h moglobine, l'apoprot ine E), l'ARNm ou l'ADN. Cependant, les progr s technologiques ont rendu l'analyse de l'ADN particuli rement utile car elle peut tre facilement appliqu e. Les tests ADN sont effectu s par analyse mutationnelle ou tudes de liaison chez les personnes risque d'une maladie g n tique connue pour tre pr sente dans une famille. Les programmes de d pistage de masse n cessitent des tests de sensibilit et de sp cificit lev es pour tre rentables. Les conditions pr alables au succ s des programmes de d pistage g n tique sont les suivantes : que le trouble est potentiellement grave ; qu'il peut tre influenc un stade pr symptomatique par des changements de comportement, de r gime alimentaire et/ou de manipulations pharmaceutiques ; et que le d pistage n'entra ne aucun pr judice ou discrimination. Le d pistage dans les populations juives de la maladie de stockage neurod g n rative r cessive autosomique Tay-Sachs a r duit le nombre de personnes touch es. En revanche, le d pistage des traits/maladies dr panocytaires chez les Afro-Am ricains a entra n des probl mes impr vus de discrimination de la part des assureurs maladie et des employeurs. Les programmes de d pistage de masse pr sentent d'autres probl mes potentiels. Par exemple, le d pistage de l'alt ration g n tique la plus fr quente dans la mucoviscidose, la mutation F508 avec une fr quence d'environ70% en Europe du Nord, est r alisable et semble tre efficace. Il faut toutefois garder l'esprit qu'il existe une h t rog n it all lique prononc e et que la maladie peut tre caus e par environ 2000 autres mutations. La recherche de ces mutations moins courantes augmenterait consid rablement les co ts, mais pas l'efficacit du programme de d pistage dans son ensemble. Le s quen age du g nome de nouvelle g n ration permet des analyses mutationnelles compl tes et rentables apr s enrichissement s lectif des g nes candidats. Par exemple, des tests qui s quencent tous les g nes communs causant la surdit h r ditaire sont d j disponibles dans le commerce. Les programmes de d pistage professionnel visent d tecter les personnes pr sentant un risque accru pour certaines activit s professionnelles (par exemple, carence en 1 antitrypsine et exposition la fum e ou la poussi re). L'int gration des donn es g nomiques dans les dossiers m dicaux lectroniques volue et peut fournir une aide la d cision importante au point de soins, par exemple, en fournissant au clinicien des donn es g nomiques et des algorithmes de d cision pour la prescription de m dicaments soumis des influences pharmacog n tiques. Analyses mutationnelles L'analyse de la s quence d'ADN est maintenant largement utilis e comme outil de diagnostic et a consid rablement am lior la pr cision du diagnostic. Il est utilis pour d terminer le statut de porteur et pour les tests pr natals dans les troubles monog niques (Chap. 84). De nombreuses techniques, Chapitre 82 Les principes de la g n tique humaine discut s dans les versions pr c dentes de ce chapitre sont disponibles pour la d tection des mutations. Au sens tr s large, on peut distinguer entre les techniques qui permettent le criblage de mutations connues (mode criblage) ou les techniques qui caract risent d finitivement les mutations. Des analyses de grandes alt rations du g nome sont possibles en utilisant des m thodes classiques telles que la cytog n tique, l'hybridation in situ fluorescente (FISH) et le Southern blot (Chap. 83e), ainsi que des techniques nouvelles plus sensibles qui recherchent de multiples d l tions ou duplications d'exon unique. Des alt rations de s quences plus discr tes reposent fortement sur l'utilisation de la PCR, qui permet une amplification et une analyse rapides des g nes. De plus, la PCR permet d'effectuer des tests g n tiques et des analyses mutationnelles avec de petites quantit s d'ADN extraites de leucocytes ou m me de cellules uniques, de cellules buccales ou de racines de cheveux. Le s quen age de l'ADN peut tre effectu directement sur des produits de PCR ou sur des fragments clon s dans des vecteurs plasmidiques amplifi s dans des cellules h tes bact riennes. Le s quen age de tous les exons du g nome ou de chromosomes s lectionn s, ou le s quen age de nombreux g nes candidats en une seule fois, est d sormais possible avec les plateformes de s quen age de nouvelle g n ration. La majorit des m thodes de diagnostic traditionnelles taient base de gel. Les nouvelles technologies pour l'analyse des mutations, le g notypage, le s quen age grande chelle et les profils d'expression de l'ARNm connaissent une volution rapide. Les technologies des puces ADN permettent l'hybridation de l'ADN ou de l'ARN des centaines de milliers de sondes simultan ment. Les micror seaux sont utilis s cliniquement pour l'analyse mutationnelle de plusieurs g nes de maladies |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | humaines, ainsi que pour l'identification des variations de s quences virales ou bact riennes. Avec les progr s de la technologie de s quen age de l'ADN haut d bit, le s quen age complet du g nome ou d'un exome est entr dans le domaine clinique. Bien que le s quen age complet de grandes r gions g nomiques ou de multiples g nes soit d j une r alit , l'analyse bioinformatique ult rieure, l'assemblage de fragments de s quence et les alignements comparatifs restent un d fi important et g n ralement sous-estim . La d couverte de r sultats fortuits (ou secondaires) qui ne sont pas li s l'indication pour l'analyse du s quen age, mais des indicateurs d'autres troubles potentiellement pertinents pour les soins aux patients peuvent poser un dilemme thique difficile. Elle peut conduire la d tection d'affections g n tiques non diagnostiqu es pouvant faire l'objet d'une action m dicale, mais peut galement r v ler des mutations d l t res qui ne peuvent pas tre influenc es, car de nombreuses variantes de s quence ont une signification inconnue. Un algorithme g n ral pour l'approche de l'analyse mutationnelle est d crit dans la Fig. 82-15. On ne saurait trop insister sur l'importance d'un ph notype clinique d taill . C'est l' tape o il faut galement envisager la possibilit d'une h t rog n it g n tique et de ph nocopies. Si des g nes candidats vidents sont sugg r s par le ph notype, ils peuvent tre analys s directement. Apr s l'identification d'une mutation, il est essentiel de d montrer qu'elle se s gr ge avec le ph notype. La caract risation fonctionnelle des nouvelles mutations n cessite beaucoup de travail et peut n cessiter des analyses in vitro ou dans des mod les transg niques afin de documenter la pertinence de l'alt ration g n tique. Le diagnostic pr natal de nombreuses maladies g n tiques dans les cas haut risque de certains troubles est d sormais possible par analyse directe de l'ADN. L'amniocent se implique l' limination d'une petite quantit de liquide amniotique, g n ralement 16 semaines de gestation. Les cellules peuvent tre collect es et soumises pour des analyses de caryotype, FISH et une analyse mutationnelle de g nes s lectionn s. Les principales indications de l'amniocent se comprennent l' ge avanc de la m re (>35 ans), un test triple marqueur s rique anormal ( -foetoprot ine, -gonadotropine chorionique humaine, prot ine plasmatique A associ e la grossesse ou estriol non conjugu ), des ant c dents familiaux d'anomalies chromosomiques ou un trouble mend lien pouvant faire l'objet de tests g n tiques. Le diagnostic pr natal peut galement tre effectu par pr l vement de villosit s choriales (CVS), dans lequel une petite quantit du chorion est pr lev e par une biopsie transcervicale ou transabdominale. Les chromosomes et l'ADN obtenus partir de ces cellules peuvent tre soumis des analyses cytog n tiques et mutationnelles. Le CVS peut tre effectu plus t t dans la gestation (semaines 9 12) que l'amniocent se, un aspect qui peut tre pertinent lorsque l'interruption de grossesse est envisag e. Plus tard dans la grossesse, partir d'environ 18 semaines de gestation, un pr l vement de sang ombilical percutan (PUBS) permet de pr lever du sang f tal pour la culture et l'analyse des lymphocytes. R cemment, l'ensemble du g nome f tal a t d termin de mani re pr natale partir de cellules pr lev es dans le plasma de la m re par s quen age profond et comptage des haplotypes parentaux, ou en le d duisant de s quences d'ADN obtenues partir d' chantillons de sang de la m re, du p re et du cordon ombilical. Ces approches permettent de d pister les all les cliniquement pertinents et d l t res h rit s des parents, ainsi que les mutations germinales de novo, et elles peuvent potentiellement modifier le diagnostic des troubles g n tiques en milieu pr natal. En combinaison avec les techniques de f condation in vitro (FIV), il est m me possible d'effectuer des diagnostics g n tiques dans une seule cellule pr lev e sur l'embryon de quatre huit cellules ou d'analyser le premier corps polaire d'un ovocyte. Le diagnostic pr conceptuel vite ainsi les avortements th rapeutiques mais est co teux et laborieux. Il convient de souligner que l'exclusion d'un trouble sp cifique par l'une de ces approches n' quivaut jamais l'assurance d'avoir un enfant normal. Les mutations de certains g nes de sensibilit au cancer tels que BRCA1 et BRCA2 peuvent identifier les personnes pr sentant un risque accru de d velopper des tumeurs malignes et entra ner des interventions r duisant le risque. La d tection des mutations est un diagnostic important et FIGURE 82-15 Approche des maladies g n tiques. outil de pronostic dans les leuc mies et les lymphomes. La d monstration de la pr sence ou de l'absence de mutations et de polymorphismes est galement pertinente pour le domaine en volution rapide de la pharmacog nomique, y compris l'identification des diff rences dans la r ponse au t |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | raitement m dicamenteux ou le m tabolisme en fonction du contexte g n tique. Par exemple, les m dicaments thiopurine 6- mercaptopurine et azathioprine sont des agents cytotoxiques et immunosuppresseurs couramment utilis s. Ils sont m tabolis s par la thiopurine m thyltransf rase (TPMT), une enzyme activit variable associ e des polymorphismes g n tiques chez 10% des blancs et une carence compl te chez environ 1 individu sur 300. Les patients ayant une activit TPMT interm diaire ou d ficiente sont risque de toxicit excessive, y compris de my losuppression fatale. La caract risation de ces polymorphismes permet de modifier les doses de mercaptopurine en fonction du g notype de la TPMT. La pharmacog nomique peut de plus en plus permettre un traitement m dicamenteux individualis , am liorer l'efficacit des m dicaments, r duire les effets secondaires ind sirables et fournir des soins pharmaceutiques rentables (chap. 5). La d termination de l'association des d fauts g n tiques avec la maladie, les donn es compl tes du g nome d'un individu et les tudes de la variation g n tique soul vent de nombreuses questions thiques et juridiques. Les informations g n tiques sont g n ralement consid r es comme des informations sensibles qui ne devraient pas tre facilement accessibles sans consentement explicite (confidentialit g n tique). La divulgation d'informations g n tiques peut risquer une ventuelle discrimination de la part des assureurs ou des employeurs. Les composantes scientifiques du projet du g nome humain ont t accompagn es d'efforts visant examiner les implications thiques, sociales et juridiques. Une tape importante mergeant de ces efforts consiste en la loi sur la non-discrimination en mati re d'informations g n tiques (GINA), promulgu e en 2008, qui vise prot ger les personnes asymptomatiques contre l'utilisation abusive des informations g n tiques pour l'assurance maladie et l'emploi. Il ne prot ge cependant pas l'individu symptomatique. Les dispositions de la loi am ricaine sur la protection des patients et les soins abordables, entr e en vigueur en 2014, combleront cette lacune et interdiront l'exclusion ou la r siliation de l'assurance maladie en fonction de l' tat de sant personnel. Les menaces potentielles pour le maintien de la confidentialit g n tique consistent en l'int gration mergente des donn es g nomiques dans les dossiers m dicaux lectroniques, la divulgation obligatoire des dossiers de sant et les tests g n tiques directs aux consommateurs. Il est largement admis que l'identification des g nes pathog nes peut am liorer le diagnostic, le traitement et la pr vention. Cependant, les informations glan es partir des r sultats g notypiques peuvent avoir des impacts tout fait diff rents, en fonction de la disponibilit de strat gies pour modifier l' volution de la maladie (Chap. 84). Par exemple, l'identification des mutations qui causent l'HOMME 2 ou l'h mochromatose permet des interventions sp cifiques pour les membres de la famille touch s. D'autre part, l'heure actuelle, l'identification d'un g ne de la maladie d'Alzheimer ou de la maladie de Huntington ne modifie pas le traitement et les r sultats. La plupart des troubles g n tiques sont susceptibles de tomber dans une cat gorie interm diaire o les possibilit s de pr vention ou de traitement sont importantes mais limit es (chap. 84). Cependant, les progr s dans ce domaine sont impr visibles, comme le souligne la d couverte que les inhibiteurs des r cepteurs de l'angiotensine II peuvent ralentir la progression de la maladie dans le syndrome de Marfan. Les r sultats des tests g n tiques peuvent g n rer de l'anxi t chez les personnes touch es et les membres de leur famille. Les analyses de s quence compl tes sont particuli rement difficiles car on peut s'attendre ce que la plupart des individus pr sentent plusieurs mutations g n tiques r cessives graves. L'impact des tests g n tiques sur les co ts des soins de sant n'est actuellement pas clair. Elle est susceptible de varier selon les troubles et d pend de la disponibilit de modalit s th rapeutiques efficaces. Un probl me important d coule de la commercialisation des tests g n tiques directement aupr s des consommateurs par les entreprises commerciales. La validit de ces tests n'a pas t d finie, et le manque de surveillance r glementaire appropri e, l'exactitude et la confidentialit des informations g n tiques, la disponibilit des conseils et le traitement de ces r sultats suscitent de nombreuses pr occupations. De nombreuses questions soulev es par le projet Genome sont famili res, en principe, aux praticiens m dicaux. Par exemple, un patient asymptomatique pr sentant une augmentation du cholest rol des lipoprot ines de basse densit (LDL), une pression art rielle lev e ou de solides ant c dents familiaux d'infarctus du myocarde pr coce est connu pour pr senter un risque accru de maladie coronarienne. Dans de tels cas, il est clair que l'id |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | entification des facteurs de risque et une intervention appropri e sont b n fiques. De m me, les patients atteints de ph nylc tonurie, de mucoviscidose ou d'an mie falciforme sont souvent identifi s comme ayant une maladie g n tique t t dans la vie. Ces pr c dents peuvent tre utiles pour adapter les politiques relatives l'information g n tique. Nous pouvons anticiper des efforts similaires, qu'ils soient bas s sur des g notypes ou d'autres marqueurs de pr disposition g n tique, appliquer de nombreux troubles. Un aspect d routant de l'expansion rapide de l'information est que notre capacit prendre des d cisions cliniques est souvent en retard par rapport aux connaissances initiales sur les m canismes g n tiques de la maladie. Par exemple, lorsque des g nes pr disposant au cancer du sein tels que le BRCA sont d crits, ils suscitent un norme int r t du public pour le potentiel de pr diction de la maladie, mais de nombreuses ann es de recherche clinique sont encore n cessaires pour tablir rigoureusement les corr lations g notypiques et ph notypiques. La g nomique peut contribuer l'am lioration de la sant mondiale en fournissant une meilleure compr hension des agents pathog nes et des diagnostics, et en contribuant au d veloppement de m dicaments. On s'inqui te toutefois du d veloppement d'une fracture g nomique en raison des co ts associ s ces d veloppements et de l'incertitude quant savoir si ces avanc es seront accessibles aux populations des pays en d veloppement. L'Organisation mondiale de la sant a r sum les probl mes et les in galit s actuels entourant la m decine g nomique dans un rapport d taill intitul G nomique et sant mondiale . Qu'il s'agisse du consentement clair , de la participation la recherche ou de la gestion d'une maladie g n tique qui affecte un individu ou sa famille, il y a un grand besoin de plus d'informations sur les principes fondamentaux de la g n tique. La nature omnipr sente du r le de la g n tique en m decine fait qu'il est important pour les m decins et autres professionnels de la sant de s'informer davantage sur la g n tique et de fournir des conseils et des conseils en collaboration avec des conseillers en g n tique form s (chap. 84). L'application des strat gies de d pistage et de pr vention n cessitera donc une formation intensive des patients et des m decins, des changements dans le financement des soins de sant et une l gislation pour prot ger les droits des patients. Chapitre 82 Principes de la g n tique humaine Troubles chromosomiques Nancy B. Spinner, Laura K. TROUBLES CHROMOSOMIQUES de Conlin Des alt rations des chromosomes (num riques et structurelles) surviennent chez environ 1 % de la population g n rale, chez 8 % des mortinaissances et chez pr s de 50 % des f tus spontan ment avort s. Les 3 109 paires de bases que 83e code pour le g nome humain sont emball es dans 23 paires de chromosomes, qui consistent en des portions discr tes d'ADN, li es plusieurs classes de prot ines r gulatrices. Les progr s techniques qui ont conduit la capacit d'analyser les chromosomes humains se sont imm diatement traduits par la r v lation que les troubles humains peuvent tre caus s par une anomalie du nombre de chromosomes. En 1959, il a t d montr que le trouble cliniquement reconnaissable, le syndrome de Down, r sultait du fait d'avoir trois copies du chromosome 21 (trisomie 21). Tr s peu de temps apr s, en 1960, un petit chromosome structurellement anormal a t reconnu dans les cellules de certains patients atteints de leuc mie my lo de chronique (LMC), et ce chromosome anormal est maintenant connu sous le nom de chromosome de Philadelphie. Depuis ces premi res d couvertes, les techniques d'analyse des chromosomes humains, et de l'ADN en g n ral, ont connu plusieurs r volutions, et chaque avanc e technique, notre compr hension du r le des anomalies chromosomiques dans les maladies humaines s'est largie. Alors que les premi res tudes men es dans les ann es 1950 et 1960 ont facilement identifi des anomalies du nombre de chromosomes (aneuplo die) et de grandes alt rations structurelles telles que des d l tions (chromosomes avec des r gions manquantes), des duplications (copies suppl mentaires de r gions chromosomiques) ou des translocations (o des parties des chromosomes sont r arrang es), de nombreux autres types d'alt rations structurelles n'ont pu tre identifi s que si les techniques taient am lior es. La premi re avanc e technique importante a t l'introduction de bandes chromosomiques la fin des ann es 1960, une technique qui permettait la coloration des chromosomes, de sorte que chaque chromosome pouvait tre reconnu par son motif d'alternance de bandes sombres et claires (ou fluorescentes et non fluorescentes). D'autres innovations techniques allaient de l'introduction de l'hybridation in situ par fluorescence dans les ann es 1980 l'utilisation de technologies de r seau et de s quen age au d but des an |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | n es 2000. Actuellement, nous pouvons appr cier que de nombreux types d'anomalies chromosomiques contribuent la maladie humaine, y compris l'aneuplo die ; les alt rations structurelles telles que les d l tions et les duplications, les translocations ou les inversions ; la disomie uniparentale, o deux copies d'un chromosome (ou d'une partie d'un chromosome) sont h rit es d'un parent ; les alt rations complexes telles que les isochromosomes, les marqueurs et les anneaux ; et le mosa sme pour toutes les anomalies susmentionn es. Les premiers troubles chromosomiques identifi s avaient des ph notypes tr s frappants et g n ralement s v res, car les anomalies impliquaient de grandes r gions du g nome, mais comme les m thodes sont devenues plus sensibles, il est maintenant possible de reconna tre de nombreux ph notypes plus subtils, impliquant souvent des r gions g nomiques plus petites. L'analyse cytog n tique standard fait r f rence l'examen des chromosomes humains bagu s. L'analyse des chromosomes en bandes permet la fois de d terminer le nombre et l'identit des chromosomes dans la cellule et de reconna tre les mod les de bandes anormaux associ s un r arrangement structurel. Une bande color e est d finie comme la partie d'un chromosome qui se distingue clairement de ses segments adjacents en apparaissant plus fonc e ou plus claire avec une ou plusieurs techniques de baguage. L'analyse cytog n tique est le plus souvent r alis e sur des cellules en mitose, n cessitant la division des cellules. Les cellules en croissance active sont le plus souvent obtenues partir du sang p riph rique ; cependant, ce n'est qu'un petit sous-ensemble des cellules sanguines qui sont r ellement utilis es pour l'analyse cytog n tique. Souvent, des produits chimiques, comme la phytoh magglutinine (PHA), sont utilis s pour stimuler sp cialement la croissance des lymphocytes T dans un chantillon de sang. Les autres sources de cellules en division comprennent les fibroblastes d riv s de la peau, le liquide amniotique ou le tissu placentaire (pour le diagnostic pr natal) ou le tissu tumoral (pour le diagnostic du cancer). Apr s la culture, les cellules sont trait es avec un inhibiteur du fuseau mitotique, qui emp che la s paration des chromatides pendant la m taphase. L'arr t de la mitose 83e-1 en m taphase est essentiel, car les chromosomes sont leur tat le plus condens ce stade de la mitose. Le mod le de bandes d'un chromosome en m taphase est facilement reconnaissable et est id al pour le caryotypage. Il existe plusieurs types de techniques de coloration chromosomique, notamment la coloration par bandes R, C et quinacrine, mais la plus couramment utilis e est la coloration par bandes G. La bande G est r alis e par traitement des chromosomes avec une enzyme prot olytique, telle que la trypsine, qui dig re certaines des prot ines contenant de l'ADN dans une structure tridimensionnelle, suivie d'une coloration avec un colorant (Giemsa) qui se lie l'ADN. Les motifs r sultants ont la fois des bandes sombres et claires ; en g n ral, les bandes claires se produisent dans les r gions du chromosome dans lesquelles les g nes sont activement transcrits, et les bandes sombres se trouvent dans les r gions de transcription moins active. Le caryotype humain bandes a maintenant t normalis sur la base d'un syst me convenu au niveau international pour d signer non seulement les chromosomes individuels, mais aussi les r gions chromosomiques, fournissant un moyen de d crire les r arrangements structurels et les variants en termes de composition. Le caryotype f minin humain normal est appel 46,XX (46 chromosomes, avec 22 paires d'autosomes et deux du m me type de chromosomes sexuels [deux X], indiquant qu'il s'agit d'une femelle) ; et le caryotype masculin humain normal est appel 46,XY (46 chromosomes, avec 22 paires d'autosomes et un de chaque type de chromosome sexuel [un X et un Y], indiquant qu'il s'agit d'un m le). L'anatomie d'un chromosome comprend la constriction centrale, connue sous le nom de centrom re, qui est critique pour le mouvement des chromosomes pendant la mitose et la m iose ; les deux bras chromosomiques (p pour le bras plus petit ou petit, et q pour le bras plus long) ; et les extr mit s chromosomiques, qui contiennent les t lom res. Les t lom res sont constitu s d'une r p tition hexanucl otidique (TTAGGG)n, et contrairement au centrom re, ils ne sont pas visibles au niveau du microscope optique. Les t lom res sont fonctionnellement importants car ils conf rent une stabilit l'extr mit du chromosome. Les chromosomes cass s ont tendance fusionner de bout en bout, alors qu'un chromosome normal avec une structure de t lom re intacte est stable. Pour cr er la carte de bandes chromosomiques standard, chaque chromosome est divis s en segments num rot s, puis subdivis s. Les noms pr cis des bandes sont enregistr s dans un document international afin que chaque bande ait un num ro distinct. La figure |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | 83e-1 montre un id ogramme (carte chromosomique avec bandes) du chromosome X et un chromosome X en bande G. Ce syst me permet d' crire une anomalie chromosomique, en indiquant quelle bande est supprim e, dupliqu e ou r arrang e. p22.3 p2 p21.3 p bras p11.2 centrom re q1 q21.1 FIGuRE 83e-1 Ideogram of the X chromosome and a G-banded X chromosome. Le marquage de l'id ogramme X montre le positionnement des bras p et q, du centrom re et des t lom res. La num rotation des bandes est galement d montr e, indiquant les sous-bandes les plus larges (p1, p2, q1, q2) et les autres subdivisions droite. La num rotation commence au centrom re et se d place le long de chaque bras vers les t lom res. La cytog n tique mol culaire tablit un lien entre l'analyse chromosomique et mol culaire et surmonte certaines des limites de la cytog n tique standard. Les d l tions inf rieures plusieurs millions de paires de bases ne sont pas syst matiquement d tectables par les techniques de bandes G standard, et les anomalies chromosomiques avec des motifs de bandes indistincts ou nouveaux peuvent tre difficiles ou impossibles interpr ter. Pour effectuer une analyse cytog n tique, les cellules doivent se diviser, ce qui n'est pas toujours possible obtenir (par exemple, dans l'autopsie ou le mat riel tumoral qui a d j t fix ). Enfin, la s lection ou le biais de croissance peut parfois induire en erreur les r sultats des tudes cytog n tiques, car les cellules qui prolif rent in vitro peuvent ne pas tre repr sentatives de la population d'origine, comme c'est souvent le cas avec les chantillons tumoraux. L'hybridation in situ par fluorescence (FISH) est une technique combin e cytog n tique-mol culaire qui r sout bon nombre des probl mes susmentionn s. FISH permet de d terminer le nombre et l'emplacement de s quences d'ADN sp cifiques dans les cellules humaines. FISH peut tre effectu sur des chromosomes en m taphase, comme avec la bande G, mais peut galement tre effectu sur des cellules ne progressant pas activement par mitose. LES POISSONS effectu s sur des cellules non divisantes sont appel s POISSONS d'interphase ou nucl aires (Fig. 83e-2). La proc dure FISH repose sur la compl mentarit entre les deux brins de la double h lice d'ADN et utilise une sonde mol culaire, qui peut tre un pool de s quences travers un chromosome entier, une s quence d'ADN pour une partie r p titive du g nome (par exemple, centrom res ou t lom res), ou une s quence d'ADN sp cifique trouv e une seule fois dans le g nome (par exemple, un g ne associ une maladie). Le choix des sondes pour les tudes FISH est important et variera en fonction des informations n cessaires au diagnostic d'un trouble particulier. Les sondes les plus courantes sont les sondes sp cifiques au locus, qui sont utilis es pour d terminer si un g ne ou une r gion critique est absent (indiquant une d l tion), ou pr sent dans le nombre normal de copies, ou si une copie suppl mentaire de la r gion est pr sente. FISH sur les chromosomes en m taphase donnera les informations suppl mentaires sur l'emplacement de la copie suppl mentaire, qui sont des informations n cessaires pour d terminer si un r arrangement structurel, tel qu'une translocation, est pr sent. FISH peut galement tre effectu avec des sondes qui se lient des s quences r p t es, telles que l'ADN trouv dans les centrom res ou les t lom res, ou avec des sondes qui se lient un chromosome entier (sondes de peinture ), pour d terminer la composition chromosomique d'un chromosome anormal. Les tudes FISH en interphase peuvent galement aider identifier les alt rations structurelles lorsque des sondes sont utilis es qui correspondent aux deux c t s d'un point de rupture de translocation. Chaque c t du point d'arr t est tiquet dans une couleur diff rente, et lorsqu'aucune translocation n'est pr sente, les deux sondes semblent se chevaucher. Lorsqu'une translocation est pr sente, les deux sondes apparaissent s par es l'une de l'autre. Ces sondes, appel es sondes breakapart , sont couramment utilis es pour d tecter les translocations r currentes dans les cellules canc reuses. Les m thodes bas es sur les matrices ont t introduites dans le laboratoire clinique partir de 2003 et ont rapidement r volutionn le domaine de la cytog n tique. Ces techniques utilisaient des matrices (collections de segments d'ADN du g nome entier) qui pouvaient tre interrog es par rapport au num ro de copie. Avec la cytog n tique standard, les morceaux d'ADN manquants ou suppl mentaires doivent tre assez grands pour tre vus au microscope sur des chromosomes bandes (g n ralement plus grands que 5 Mo). FISH n cessite une pr s lection d'une sonde mol culaire informative avant l'analyse. En revanche, les techniques bas es sur des r seaux permettent d'analyser de nombreuses r gions du g nome en une seule analyse, avec une r solution consid rablement accrue par rapport la cytog n tique standard. Les techni |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | ques bas es sur des matrices permettent de scanner le g nome pour de petites d l tions ou duplications rapidement et avec pr cision. La r solution du rapport p13 -1,00 -0,75 -0,50 -0,25 0,00 0,25Log R 0,50 0,75 1,00 p12 p11,2 q11,2 q14 q21,1 q21,3 q22,2 q23 q26,1 q26,2 q26,3 15 FiguRE 83e-2 G-banding, fluorescence in situ hybridization (FISH), and single nucleotide polymorphism (SNP) array demonstrate an abnormal chromosome 15. A. La bande G montre un chromosome 15 anormal, avec du mat riel m connaissable la place du bras p dans le chromosome de droite (fl che du haut). B. POISSON en m taphase (seuls les chromosomes 15 sont repr sent s) l'aide d'une sonde de la r gion des t lom res 15q (rouge) et d'une sonde t moin qui cartographie l'ext rieur de la r gion dupliqu e (verte). C. Interphase FISH d montre trois copies de la sonde 15q tel en rouge et deux copies de la sonde de contr le 15q (verte). D. La matrice SNP l' chelle du g nome d montre l'augmentation du nombre de copies pour une partie de 15q. Notez que la bande G seule indique le chromosome 15 anormal, mais l'origine du mat riel suppl mentaire ne peut tre d montr e que par FISH ou array. L'analyse FISH n cessite des informations suppl mentaires sur les causes g n tiques possibles pour s lectionner la bonne sonde. Le tableau peut identifier exactement l'origine du mat riau suppl mentaire, mais par lui-m me ne fournirait pas d'informations de position. test est fonction du nombre de sondes ou de s quences d'ADN pr sentes sur le tableau. Les r seaux peuvent utiliser des sondes de diff rentes tailles (allant de 50 200 000 paires de bases d'ADN) et de densit s de sondes diff rentes en fonction des exigences de l'application. Les plateformes basse r solution peuvent avoir des centaines de sondes, cibl es sur des r gions pathologiques connues, tandis que les plateformes haute r solution peuvent avoir des millions de sondes r parties sur l'ensemble du g nome. En fonction de la taille des sondes et du placement des sondes travers le g nome, les tests bas s sur un r seau peuvent tre en mesure de d tecter des d l tions ou des duplications d'exon unique. Hybridation g nomique comparative (CGH) et analyse du polymorphisme nucl otidique unique (SNP) Les matrices de g notypage bas es sur le CGH et le SNP peuvent toutes deux tre utilis es pour l'analyse des d l tions et des duplications g nomiques. Pour les deux techniques, les sondes oligonucl otidiques sont plac es sur une lame ou une puce dans un format de grille. Chacune de ces sondes est sp cifique d'une r gion g nomique particuli re. Dans le tableau CGH, la quantit d'ADN d'un patient est compar e celle d'un t moin cliniquement normal, ou d'un groupe de t moins, pour chacune des sondes pr sentes sur le tableau. L'ADN d'un patient est marqu par fluorescence avec un colorant d'une couleur, et l'ADN d'un individu t moin est marqu avec une autre couleur. Ces chantillons d'ADN sont ensuite hybrid s en m me temps au r seau. Le signal fluorescent r sultant variera selon que le contr le et l'ADN du patient sont pr sents en quantit s gales ou si l'un a un num ro de copie diff rent de l'autre. Les plateformes SNP utilisent des r seaux ciblant les SNP qui sont distribu s travers le g nome. Les r seaux SNP varient en densit de marqueurs et en technologie utilis e pour le g notypage, en fonction du fabricant du r seau. Les r seaux SNP ont t initialement con us pour d terminer les g notypes une base biall lique polymorphe (par exemple, CC, CT ou TT) et ont t de plus en plus utilis s dans les tudes d'association l' chelle du g nome pour identifier les g nes de susceptibilit aux maladies. Les r seaux SNP ont ensuite t adapt s pour identifier les d l tions et les duplications g nomiques (Fig. 83e-2). Les r seaux SNP, en plus d'identifier les changements de nombre de copies, peuvent galement d tecter les r gions du g nome qui ont un exc s de g notypes homozygotes et une absence de g notypes h t rozygotes (par exemple, g notypes CC et TT uniquement, sans g notypes CT). L'absence d'h t rozygotie est parfois associ e une disomie uniparentale (abord e plus loin dans ce chapitre) mais est galement observ e lorsque les parents d'un individu sont li s les uns aux autres (identit par descendance). Les r gions d'homozygotie ont t utilis es pour aider identifier les g nes dans lesquels les mutations homozygotes entra nent des ph notypes de maladie dans les familles ayant une consanguinit connue. Les techniques bas es sur les matrices (que nous appellerons maintenant analyse cytog nomique) se sont av r es sup rieures l'analyse chromosomique dans l'identification des d l tions ou des duplications cliniquement significatives. On estime que pour qu'une d l tion ou une duplication soit visualis e par la cytog n tique standard, elle doit avoir une taille minimale comprise entre 5 et 10 millions de paires de bases. Dans presque tous les cas, les d l tions et les duplications de cett |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | e taille contiennent plusieurs g nes, et ces d l tions et duplications sont pathog nes. Cependant, l'utilisation de tests cytog nomiques en r seau, qui permettent d'identifier syst matiquement les d l tions et les duplications inf rieures 50 000 paires de bases, r v le que les individus cliniquement normaux pr sentent tous des d l tions et des duplications. Cela pr sente un dilemme pour l'analyste de discerner quelles petites variations du nombre de copies (CNV) sont pathog nes et quels sont les polymorphismes b nins probables. Bien qu'initialement fastidieuse, la communaut cytog nomique organise ces CNV depuis pr s d'une d cennie, et des bases de donn es ont t cr es pour signaler les CNV observ s r guli rement chez des individus cliniquement normaux et ceux observ s r guli rement chez des individus pr sentant des anomalies cliniques. N anmoins, chaque variante de num ro de copie identifi e chez un individu soumis un test g nomique doit tre valu e pour le contenu g nique et le chevauchement avec les CNV chez d'autres patients et chez les t moins. Les technologies matricielles sont bas es sur l'ADN, contrairement aux technologies cytog n tiques, qui sont bas es sur des cellules. Bien que la r solution des gains et des pertes soit consid rablement augment e avec la technologie des r seaux, cette technique ne peut pas identifier les changements structurels. Lorsque l'ADN est extrait pour des tudes en r seau, la structure chromosomique est perdue car l'ADN est fragment pour une meilleure hybridation aux lames. Par exemple, le r seau peut tre capable de d tecter une duplication d'une petite r gion d'un chromosome, mais aucune information sur l'emplacement de ce mat riau suppl mentaire ne peut tre d termin e partir de ce test. L'emplacement de cette copie suppl mentaire dans le g nome peut tre critique, car le mat riel chromosomique peut tre impliqu dans une translocation, une insertion, un marqueur ou un autre r arrangement complexe. Selon la position chromosomique de ce mat riel suppl mentaire, le patient peut avoir des r sultats cliniques diff rents, et les risques de r cidive pour la famille peuvent tre significativement diff rents. Souvent, des combinaisons de techniques bas es sur les r seaux et sur la cytog n tique sont n cessaires pour caract riser pleinement les anomalies chromosomiques (voir le tableau 83e-1 pour la comparaison de ces technologies). Les progr s r cents dans le s quen age g nomique, connu sous le nom de s quen age de nouvelle g n ration (NGS), ont consid rablement augment la vitesse et le d bit de l'analyse de la s quence d'ADN. Le NGS trouve rapidement sa place dans le laboratoire de diagnostic pour la d tection des mutations intrag niques cliniquement pertinentes, et de nouveaux outils bioinformatiques pour l'analyse des d l tions et des duplications g nomiques sont en cours de d veloppement. Il est pr vu que NGS permettra bient t l'analyse compl te du g nome d'un patient, avec l'identification des mutations intrag niques ainsi que des anomalies chromosomiques entra nant un gain ou une perte de mat riel g n tique. L'identification de translocations compl tement quilibr es est la plus difficile pour NGS, mais les r cents rapports de succ s dans ce domaine sugg rent que dans peu de temps, le s quen age sera utilis pour tous les types d'analyse g nomique. L'analyse cytog n tique est le plus souvent utilis e pour (1) l'examen des chromosomes ou du g nome du f tus pendant la grossesse (diagnostic pr natal) ou en cas de fausse couche spontan e ; (2) l'examen des chromosomes dans la population n onatale ou p diatrique pour rechercher un diagnostic sous-jacent en cas d'anomalies cong nitales ou de d veloppement, y compris une petite taille et des anomalies de la diff renciation ou de la progression sexuelle ; (3) l'analyse des chromosomes chez les adultes confront s des probl mes de fertilit ; ou (4) l'examen des cellules canc reuses pour rechercher des alt rations qui aident tablir un diagnostic ou contribuent au pronostic d'une tumeur (Tableau 83e-2). Le diagnostic pr natal est effectu par analyse d' chantillons obtenus par quatre techniques : amniocent se, pr l vement de villosit s choriales, pr l vement de sang f tal et analyse de l'ADN acellulaire du s rum maternel. L'amniocent se, qui a t le test le plus couramment utilis ce jour, est g n ralement r alis e entre 15 et 17 semaines d' ge gestationnel et comporte un risque faible mais important de fausse couche. L'amniocent se peut tre r alis e d s 12 semaines, mais comme le volume de liquide est plus faible, les risques de l sion f tale ou de fausse couche sont plus lev s. Le pr l vement de villosit s choriales (CVS) ou la biopsie placentaire est syst matiquement effectu avant l'amniocent se, entre 10 et 12 semaines, mais une augmentation signal e des anomalies des membres lorsque la proc dure est effectu e plus t t que Le calendrier des indications de test pour le test 10 semaines a |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | entra n une r duction de l'utilisation de ce test dans certains centres. Le pr l vement de sang f tal (pr l vement de sang ombilical percutan [PUBS]) est une proc dure plus risqu e qui est effectu e au cours du deuxi me ou du troisi me trimestre de la grossesse, g n ralement pour faire suite une constatation peu claire d'une amniocent se (comme le mosa cisme) ou d'une anomalie chographique d tect e plus tard dans la grossesse. L'une des avanc es r centes de grande envergure dans le diagnostic pr natal des troubles chromosomiques et d'autres troubles g n tiques est l'utilisation de l'ADN f tal acellulaire qui peut tre identifi dans le s rum maternel. Les avantages vidents de l'utilisation de l'ADN f tal obtenu partir du s rum maternel sont que l'ADN peut tre obtenu un risque minimal pour la grossesse, car il n cessite un chantillon de sang maternel, plut t que du liquide amniotique qui est obtenu en perforant les membranes ut rines et comporte un risque de fausse couche ou d'infection. Bien que le d pistage de l'ADN f tal acellulaire, galement appel d pistage pr natal non invasif, ait commenc tre propos cliniquement, il n cessite une confirmation suppl mentaire des tissus f taux lorsqu'un r sultat anormal est identifi . De plus, des pr occupations thiques ont t soulev es, car on craint que la facilit de faire ce test puisse encourager les tests pour les personnes qui ne sont pas vraiment pr tes faire face aux choix qui accompagnent le diagnostic d'une maladie g n tique et que ce test puisse changer les implications thiques du d pistage pr natal. N anmoins, il s'agit d'un domaine de recherche actif, tant en termes de technologie que d'utilisation et d'implications. Indications communes Les indications communes pour le diagnostic pr natal par analyse cytog n tique ou cytog nomique sont (1) l' ge avanc de la m re, (2) la pr sence d'une anomalie du f tus l' chographie et (3) des anomalies dans le d pistage du s rum maternel qui r v lent un risque accru d'anomalie chromosomique. L' ge maternel est bien connu pour tre un facteur de risque important pour avoir un f tus avec une trisomie. un ge maternel inf rieur 25 ans, 2% de toutes les grossesses cliniquement reconnues sont trisomiques, mais un ge maternel de 36 ans, ce chiffre passe 10%, et l' ge maternel de 42 ans, ce chiffre passe >33%. Sur la base du risque d'avoir un f tus chromosomiquement anormal par rapport au risque d' v nement ind sirable d'amniocent se ou de SCV, la recommandation est que les femmes de plus de 35 ans envisagent des tests pr natals si elles veulent conna tre l' tat chromosomique de leur f tus. Le m canisme pr cis de l'effet de l' ge maternel n'est pas connu, mais on pense qu'il implique une rupture du processus de s gr gation chromosomique. Un effet similaire n'est pas observ pour la trisomie et l' ge paternel. Cette diff rence peut refl ter le fait que les ovocytes sont g n r s t t dans le d veloppement ovarien chez la femelle, alors que les spermatogonies sont g n r es de mani re continue apr s la pubert chez le m le. Les anomalies l' chographie pr natale sont la deuxi me indication la plus fr quente pour le d pistage g n tique pr natal. Le d pistage par chographie peut r v ler des anomalies structurelles ou fonctionnelles chez le f tus, qui pourraient tre associ es des troubles chromosomiques ou g nomiques. Des tudes chromosomiques de suivi peuvent donc tre recommand es. Les r sultats du d pistage du s rum maternel sont la troisi me indication la plus fr quente pour l'analyse chromosomique pr natale. Plusieurs versions du d pistage du s rum maternel ont t propos es au cours des derni res d cennies. Actuellement, l' cran quad analyse les niveaux d' f toprot ine (AFP), de gonadotrophine chorionique humaine (hCG), d'estriol et d'inhibine-A. Les valeurs de ces analytes sont utilis es pour ajuster le risque de trisomie 21 ou de trisomie 18 pr dit par l' ge maternel. Les indications postnatales pour l'analyse cytog n tique ou cytog nomique chez les nouveau-n s ou les enfants sont vari es, et la liste s'allonge avec la capacit croissante de diagnostiquer des alt rations g nomiques plus petites via des techniques bas es sur des r seaux. Les indications courantes comprennent de multiples anomalies cong nitales, la suspicion d'un syndrome cytog n tique ou cytog nomique connu, une d ficience intellectuelle ou un retard de d veloppement avec ou sans caract ristiques dysmorphiques, l'autisme, l'incapacit prosp rer pendant la petite enfance ou la petite taille pendant l'enfance et les troubles du d veloppement sexuel. La capacit de d tecter des alt rations g nomiques plus petites avec l'implication de moins de g nes, parfois aussi peu qu'un seul g ne, sugg re qu'une gamme plus large de ph notypes pourrait tre tudi e par analyse cytog nomique. Les raisons des tests chromosomiques chez les adultes comprennent les fausses couches r currentes ou l'infertilit , o d |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | es r arrangements chromosomiques quilibr s tels que des translocations r ciproques peuvent se produire. De plus, certains adultes pr sentant des anomalies qui n'ont pas t diagnostiqu es lorsqu'ils taient enfants sont r f r s pour une analyse cytog n tique, souvent lorsque d'autres membres de leur famille veulent comprendre les implications g n tiques potentielles, car ils planifient leurs propres familles. L'aneuplo die (chromosomes suppl mentaires ou manquants) est le type d'anomalie le plus courant, survenant chez 3/1000 nouveau-n s et une fr quence beaucoup plus lev e (environ 35%) chez les f tus spontan ment avort s. Les seules trisomies autosomiques compatibles avec la naissance vivante chez l'homme sont les trisomies 13, 18 et 21, bien qu'il existe plusieurs chromosomes qui peuvent tre trisomiques sous forme de mosa que. La trisomie 21 est associ e au trouble relativement fr quent du syndrome de Down. Le syndrome de Down pr sente des caract ristiques caract ristiques, notamment des traits du visage reconnaissables, ainsi qu'une d ficience intellectuelle et des anomalies de plusieurs autres syst mes organiques, y compris le c ur. La trisomie 13 et la trisomie 18 sont des troubles beaucoup plus graves que le syndrome de Down, avec une faible fr quence de patients survivant apr s l' ge de 1 an. La trisomie 13 est caract ris e par un faible poids la naissance, une polydactylie postaxiale, une microc phalie, des malformations oculaires telles qu'une anophtalmie ou une microphtalmie, une fente labiale et palatine, des malformations cardiaques et r nales. Les nouveau-n s atteints de trisomie 18 pr sentent des caract ristiques faciales distinctes la naissance, accompagn es d'un examen neurologique anormal, d'organes g nitaux sous-d velopp s, d'un manque g n ral de r activit et de malformations cong nitales telles que la cardiopathie cong nitale, l'atr sie de l' sophage et l'omphaloc le. Le mosa sme fait r f rence la pr sence de deux ou plusieurs populations de cellules avec des constitutions chromosomiques distinctes : par exemple, un individu avec un caryotype f minin normal dans certaines cellules (46,XX) et une trisomie 21 dans d'autres cellules (47,XX,+21). En g n ral, les individus qui sont en mosa que pour une anomalie chromosomique ont des ph notypes moins graves que les individus ayant le m me r sultat dans chaque cellule. La s v rit et la pr sentation des ph notypes sont li es aux niveaux de mosa que et la distribution tissulaire des cellules anormales. Un certain nombre de trisomies ont t rapport es sous forme de mosa que, y compris des trisomies mosa ques pour les chromosomes 8, 9, 14, 17 et 22. Un certain nombre de trisomies ont galement t rapport es dans les avortements spontan s (ASG) qui n'ont pas t observ s chez les personnes n es vivantes, y compris la trisomie 16, qui est la trisomie la plus fr quente dans les ASG. La monosomie pour les chromosomes humains est tr s rare, la seule exception de la monosomie pour le chromosome X, associ e au syndrome de Turner (45,X). La monosomie pour le chromosome X se produit dans 1 % de toutes les conceptions, mais 98 % de ces conceptions ne vont pas terme et entra nent des PBU. Des trisomies pour les chromosomes sexuels se produisent galement, avec 47,XXX (trisomie X ou syndrome du triple X), 47,XXY (syndrome de Klinefelter) et 47,XYY, toutes rapport es chez des personnes pr sentant des ph notypes relativement l gers (chap. 410). Le syndrome de Klinefelter est l'anomalie chromosomique sexuelle la plus courante cliniquement reconnue, et les caract ristiques cliniques comprennent la gyn comastie, l'azoospermie, les petits testicules et l'hypogonadisme. Le caryotype 47,XYY est le plus souvent trouv chez les gar ons ayant un retard de d veloppement et/ou des difficult s de comportement, mais des tudes bas es sur la population ont montr que l'intelligence des personnes atteintes de ce caryotype est g n ralement dans la plage normale, bien que l g rement inf rieure celle trouv e chez les fr res et s urs. Les anomalies chromosomiques structurelles comprennent les d l tions, les duplications, les translocations, les inversions, ainsi que d'autres types d'anomalies, chacune relativement rare, mais contribuant n anmoins une maladie clinique r sultant d'anomalies chromosomiques. Ces alt rations rares comprennent les isochromosomes, les chromosomes annulaires, les chromosomes dicentriques et les chromosomes marqueurs (chromosomes structurellement anormaux qui ne peuvent tre identifi s sur la seule base de la cytog n tique). Les translocations et les inversions peuvent tre compl tement quilibr es dans certains cas, de sorte qu'il n'y a pas de perturbation des r gions codantes du g nome, avec un ph notype clinique tout fait normal ; cependant, les porteurs sont risque de formes d s quilibr es de ces r arrangements chez leur prog niture. Les translocations r ciproques se trouvent chez environ 1/500 1/600 individ |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | us de la population g n rale et r sultent de l' change de segments chromosomiques entre au moins deux chromosomes. Ceux-ci se produisent g n ralement entre les chromosomes non homologues et peuvent tre identifi s en fonction d'un mod le de bande modifi sur la bande G. Les porteurs de translocation quilibr e sont risque de s gr gation chromosomique anormale pendant la m iose et ont donc un risque plus lev d'infertilit , de SAB et de prog niture vivante avec de multiples malformations cong nitales. Ces ph notypes sont observ s lorsqu'une seule des paires de chromosomes impliqu es dans une translocation est h rit e d'un parent, entra nant un g notype d s quilibr (Fig. 83e-3). Parfois, les segments chang s sont si petits qu'ils ne peuvent pas tre appr ci s par baguage (translocation cryptique), et ceux-ci sont parfois reconnus 83e-5 lorsqu'un enfant ph notypiquement affect avec une forme d s quilibr e est n . Les chromosomes parentaux peuvent ensuite tre tudi s par FISH pour d terminer si le r arrangement est h rit d'un parent avec une forme quilibr e de la translocation. La majorit des translocations r ciproques, apparemment quilibr es, se produisent chez des individus ph notypiquement normaux. Le risque d'anomalie clinique lorsqu'une nouvelle translocation r ciproque est identifi e (g n ralement lors d' tudes diagnostiques pr natales) est d'environ 7 %. L'analyse des translocations cytog n tiquement r ciproques l'aide de matrices a d montr que les translocations chez les individus cliniquement normaux sont plus susceptibles de ne montrer aucune d l tion ou duplication au point de rupture, alors que les translocations chez les individus cliniquement affect s sont plus susceptibles d'avoir des d l tions ou des duplications associ es au point de rupture. La plupart des translocations r ciproques se produisent de mani re unique, des positions apparemment al atoires dans tout le g nome ; cependant, il y a quelques exceptions avec de multiples cas de translocations r currentes. Ces translocations r currentes comprennent t(11 ;22), qui entra ne le syndrome d'Emanuel sous la forme d s quilibr e, et plusieurs translocations impliquant une r gion sur 4p, 8p et 12p. Ces translocations r currentes se produisent dans les r gions du g nome qui contiennent des types sp cifiques de r p titions riches en AT, ou d'autres s quences r p t es, qui sont sujettes au r arrangement. Une cat gorie particuli re de translocations est les translocations robertsoniennes, qui impliquent les chromosomes acrocentriques. Un chromosome acrocentrique a un mat riel g n tique unique uniquement sur le bras long des chromosomes, tandis que le bras court contient de l'ADN r p titif. Les chromosomes acrocentriques sont 13, 14, 15, 21 et 22. Les translocations robertsoniennes se produisent lorsqu'un bras long entier d'un chromosome acrocentrique est transloc sur le bras court d'un autre chromosome acrocentrique. Les porteurs quilibr s d'une translocation robertsonienne ne contiennent que 45 chromosomes, dont un chromosome compos de deux longs bras d'un chromosome acrocentrique. Techniquement, il s'agit d'une translocation d s quilibr e, car il manque deux bras courts des chromosomes acrocentriques ; cependant, comme les bras courts sont r p titifs, il n'y a pas de cons quence ph notypique. Les porteurs Robertsoniens d s quilibr s ont 46 chromosomes, mais ont trois copies du bras long d'un chromosome acrocentrique. Le LIVRE le FIGuRE 83e-3 S gr gation d'une translocation quilibr e chez une m re, avec h ritage d'une forme d s quilibr e chez son enfant. Notez que la m re a deux chromosomes r arrang s, mais que son enfant n'en a re u qu'un, ce qui a entra n des copies suppl mentaires d'une r gion du chromosome bleu, avec perte de certains l ments du chromosome rouge. 14. Les translocations robertsoniennes d s quilibr es impliquant les chromosomes 13 et 21 entra nent respectivement une trisomie 13 et un syndrome de Down. Environ 4 % des patients atteints du syndrome de Down ont une translocation, et comme les risques de r cidive sont diff rents pour les familles de ces personnes, tous les patients atteints du syndrome de Down cliniquement identifi devraient avoir un caryotype pour rechercher des translocations. Les inversions sont un autre type d'anomalie chromosomique impliquant des segments r arrang s, o il y a deux ruptures au sein d'un chromosome, le mat riel chromosomique interm diaire tant ins r dans une orientation invers e. Comme avec les translocations r ciproques, si une rupture se produit au sein d'un g ne ou d'une r gion de contr le pour un g ne, un ph notype clinique peut en r sulter, mais souvent il n'y a pas de cons quences pour le porteur d'inversion ; cependant, il y a un risque d'anomalies dans la prog niture des porteurs, car les chromosomes recombinants peuvent r sulter apr s le croisement entre un chromosome normal et un chromosome invers pendant la m iose. La d l tion fait r f rence la |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | perte d'un segment chromosomique, ce qui entra ne la pr sence d'une seule copie de cette r gion dans le g nome d'un individu. Une d l tion peut tre l'extr mit d'un chromosome (terminale) ou l'int rieur du chromosome (interstitielle). Les d l tions visibles au niveau microscopique dans l'analyse cytog n tique standard sont g n ralement sup rieures 5 Mo. Des d l tions plus petites ont t identifi es par FISH et par micror seau chromosomique. Les cons quences cliniques d'une d l tion d pendent du nombre et de la fonction des g nes dans la r gion supprim e. Les g nes qui provoquent un ph notype lorsqu'une seule copie est supprim e sont connus sous le nom de g nes haploinsuffisants (une copie n'est pas suffisante), et on estime que moins de 10 % des g nes sont haploinsuffisants. Les g nes associ s une maladie qui ne sont pas haploinsuffisants comprennent des g nes pour des troubles r cessifs connus, tels que la mucoviscidose ou la maladie de Tay-Sachs. Les premiers syndromes de d l tion chromosomique ont t diagnostiqu s cliniquement et ont ensuite t d montr s comme tant caus s par une d l tion chromosomique lors d'une analyse cytog n tique. Des exemples de ces troubles comprennent le syndrome de Wolf-Hirschhorn, qui est associ des d l tions d'une petite r gion du bras court du chromosome 4 (4p) ; le syndrome de cri-du-chat, associ la d l tion d'une petite r gion du bras court du chromosome 5 (5p) ; le syndrome de Williams, qui est associ des d l tions interstitielles du bras long du chromosome 7 (7q11.23) ; et les syndromes de DiGeorge/v locardiofacial, associ s des d l tions interstitielles du bras long du chromosome 22 (22q11.2). Les premi res tudes cytog n tiques ont pu fournir une localisation approximative des d l tions chez diff rents patients, mais avec l'utilisation accrue de matrices, une cartographie pr cise de l' tendue et du contenu g n tique de ces d l tions est devenue beaucoup plus facile. Dans de nombreux cas, un ou deux g nes critiques pour le ph notype associ ces d l tions ont t identifi s. Dans d'autres cas, le ph notype provient de la suppression de plusieurs g nes. L'utilisation accrue des tests g nomiques par tableau, qui peuvent identifier des d l tions beaucoup plus petites que celles d tectables par analyse cytog n tique standard, a entra n la d couverte de plusieurs nouveaux troubles cytog nomiques. Il s'agit notamment des syndromes de microd l tion 1q21.1, 15q13.3, 16p11.2 et 17q21.31. La duplication des r gions g nomiques est mieux tol r e que la d l tion, comme en t moigne la viabilit de plusieurs trisomies autosomiques (duplications chromosomiques enti res) mais pas de monosomies autosomiques (d l tions chromosomiques enti res). Il existe plusieurs syndromes de duplication o la r gion dupliqu e du g nome est pr sente sous la forme d'un chromosome surnum raire. L'utilisation de l'analyse des micror seaux chromosomiques a rendu l'analyse des origines du mat riel chromosomique dupliqu simple (Fig. 83e-2). Les syndromes r currents associ s aux chromosomes surnum raires comprennent le syndrome de duplication invers e 15 (inv dup 15), caus par la pr sence d'un chromosome marqueur d riv du chromosome 15, avec deux copies du 15q proximal entra nant une t trasomie (quatre copies) de cette r gion. Le syndrome inv dup 15 a un ph notype distinct et est associ l'hypotonie, au retard de d veloppement, la d ficience intellectuelle, l' pilepsie et au comportement autistique. Un autre syndrome est le syndrome de l' il de chat, nomm d'apr s l'apparence semblable un il de chat de la pupille, r sultant d'un colobome de l'iris. Ce syndrome r sulte d'un chromosome surnum raire d riv d'une partie du chromosome 22, et les chromosomes marqueurs peuvent varier en taille et sont souvent en mosa que. Conform ment aux attentes d'un trouble de la mosa que, le ph notype de ce syndrome est tr s variable et comprend des malformations r nales, des anomalies des voies urinaires, des malformations cardiaques cong nitales, une atr sie anale avec fistule, un anus imperfor et une d ficience intellectuelle l g re mod r e. Un autre syndrome rare de duplication est le syndrome de Pallister-Killian (PKS), qui illustre le principe du mosa cisme tissulaire sp cifique. Les personnes atteintes de PKS ont des traits du visage grossiers avec des anomalies pigmentaires de la peau, une alop cie localis e, une d ficience intellectuelle profonde et des convulsions. Le trouble est caus par un isochromosome surnum raire pour le bras court du chromosome 12 (isochromosome 12p). Les isochromosomes consistent en deux copies d'un bras chromosomique (p ou q), plut t qu'une copie de chaque bras. Cet isochromosome n'est g n ralement pas observ dans les lymphocytes du sang p riph rique lorsqu'ils sont analys s par bande G, mais il est d tect dans les fibroblastes. La technologie Array a t signal e pour d tecter l'isochromosome dans le sang p riph rique non cultiv chez certai |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | ns patients, et il a t mis l'hypoth se qu'un biais de croissance contre les cellules avec l'isochromosome emp che leur identification dans les tudes cytog n tiques. Les anomalies num riques, les translocations et les d l tions sont les alt rations chromosomiques les plus courantes observ es dans le laboratoire de diagnostic, mais en plus des inversions et des duplications, plusieurs autres types de chromosomes anormaux ont t signal s, y compris les chromosomes en anneau, o les deux extr mit s du chromosome fusionnent pour former un cercle, et les insertions, o un morceau d'un chromosome est ins r dans un autre chromosome ou ailleurs dans le m me chromosome. La disomie uniparentale (MPU) est l'h ritage d'une paire de chromosomes (ou d'une partie d'un chromosome) d'un seul parent. Cela se produit g n ralement la suite d'une non disjonction pendant la m iose, avec un gam te manquant ou ayant une copie suppl mentaire d'un chromosome. Un ovule f cond r sultant n'aurait alors qu'une seule contribution parentale pour une paire de chromosomes donn e, ou une trisomie pour un chromosome donn . Si la monosomie ou la trisomie n'est pas compatible avec la vie, l'embryon peut subir un sauvetage vers le num ro de copie normal. Si une monosomie est sauv e, le chromosome unique peut tre dupliqu , ce qui donne une cellule avec deux chromosomes identiques (sauvetage de la monosomie) (Fig. 83e-4). Dans le cas des trisomies, une non disjonction ult rieure peut entra ner la perte d'un des chromosomes suppl mentaires (sauvetage de la trisomie) (Fig. 83e-4). Pour le sauvetage de la trisomie, il y a une chance sur trois que les personnes perdues FIGuRE 83e-4 M canismes de formation de la disomie uniparentale. Le panneau A pr sente une non disjonction chez un parent (m re, repr sent e en rouge), avec une trisomie dans le zygote. Une non disjonction ult rieure, avec perte du chromosome paternel (repr sent en bleu), restaure le caryotype diplo de mais laisse deux copies du chromosome maternel (disomie uniparentale maternelle [UPD]). Le panel B pr sente une non disjonction chez un parent (m re, indiqu e par un ovale rouge), entra nant une seule copie de ce chromosome dans le zygote. La non disjonction ult rieure duplique le chromosome unique, sauvant la monosomie, mais aboutissant deux copies du chromosome paternel (repr sent en bleu ; UPD paternel). chromosome sera le seul chromosome d'un parent, r sultant en une cellule avec deux chromosomes du m me parent. L'UPD est parfois associ e des anomalies cliniques, et cela peut se produire par deux m canismes. L'UPD peut provoquer une maladie lorsqu'il y a un g ne imprim sur le chromosome impliqu , entra nant une alt ration de l'expression g nique. L'empreinte est le marquage chimique de l'origine parentale d'un chromosome, et les g nes qui sont imprim s ne sont exprim s que par le chromosome maternel ou paternel (chap. 82). L'impression entra ne donc l'expression diff rentielle des g nes affect s, en fonction du parent d'origine. L'impression se produit g n ralement par modification diff rentielle du chromosome de l'un des parents, et la m thylation est l'un de plusieurs m canismes pig n tiques (d'autres comprennent l'ac tylation des histones, l'ubiquitylation et la phosphorylation). Les chromosomes imprim s qui sont associ s aux ph notypes comprennent l'UPD6 paternelle (associ e au diab te n onatal), l'UPD7 et l'UPD11 maternelles (associ es au syndrome de Russell-Silver), l'UPD11 paternelle (associ e au syndrome de Beckwith-Wiedemann), l'UPD14 paternelle, l'UPD15 maternelle (syndrome d'Angelman) et l'UPD15 paternelle (syndrome de Prader-Willi). L'UPD peut galement entra ner une maladie si les deux copies du m me parent sont le m me chromosome (isodisomie uniparentale), et le chromosome contient un all le impliquant une mutation pathog ne associ e un trouble r cessif. Deux copies de l'all le d l t re entra neraient la maladie associ e, m me si un seul parent est porteur de la maladie. Les changements chromosomiques peuvent survenir pendant la m iose ou la mitose et peuvent survenir tout moment de la vie. Le mosa sme pour un trouble du d veloppement est une cons quence des anomalies chromosomiques mitotiques, et une autre cons quence est le cancer, lorsque le changement chromosomique 83e-7 conf re un avantage de croissance ou de prolif ration la cellule. Les types d'anomalies chromosomiques observ es dans le cancer sont similaires ceux observ s dans les troubles du d veloppement (par exemple, aneuplo die, d l tion, duplication, translocation, isochromosomes, anneaux, inversion). Les cellules tumorales pr sentent souvent de multiples modifications chromosomiques, dont certaines se produisent t t dans le d veloppement d'une tumeur et peuvent contribuer son avantage s lectif, tandis que d'autres sont des effets secondaires de la d r gulation qui caract rise de nombreuses tumeurs. Les changements chromosomiques dans le cancer ont t |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | tudi s de mani re approfondie et il a t d montr qu'ils fournissent d'importants informations de diagnostic, de classification et de pronostic. L'identification de points de rupture de translocation sp cifiques au type de cancer a conduit l'identification d'un certain nombre de g nes associ s au cancer. Par exemple, le petit chromosome anormal trouv pour tre associ la leuc mie my lo de chronique (LMC) en 1960 s'est av r tre le r sultat d'une translocation entre les chromosomes 9 et 22 une fois que les techniques d'analyse des chromosomes bagu s ont t introduites, et par la suite, le point de rupture de translocation a t clon pour r v ler l'oncog ne c-abl sur le chromosome 9. Cette translocation produit une prot ine de fusion, qui a t cibl e pour le traitement de la LMC. Pour une discussion d taill e de la g n tique du cancer, voir Chap. 101e. 446 LA pratique DE LA g n tique EN m decine clinique Susan M. Domchek, J. Larry Jameson, Susan Miesfeldt APPLICATIONS DE LA G N TIQUE MOL CULAIRE EN M DECINE CLINIQUE Les tests g n tiques pour les anomalies h r ditaires associ es au risque de maladie 84 sont de plus en plus utilis s dans la pratique de la m decine clinique. Les alt rations de la lign e germinale comprennent des anomalies chromosomiques (chap. 83e), des mutations g n tiques sp cifiques avec des sch mas de transmission autosomiques dominants ou r cessifs (chap. 82) et des polymorphismes mononucl otidiques avec de petits risques relatifs associ s la maladie. Les alt rations de la lign e germinale sont responsables de troubles autres que les maladies mend liennes classiques avec une sensibilit g n tique aux maladies courantes de l'adulte telles que l'asthme, l'hypertension, le diab te sucr , la d g n rescence maculaire et de nombreuses formes de cancer. Pour bon nombre de ces maladies, il existe une interaction complexe de g nes (souvent multiples) et de facteurs environnementaux qui affectent le risque vie, l' ge d'apparition, la gravit de la maladie et les options de traitement. L'expansion des connaissances li es la g n tique modifie notre compr hension de la physiopathologie et influence notre classification des maladies. La sensibilisation l' tiologie g n tique peut avoir un impact sur la prise en charge clinique, y compris la pr vention et le d pistage ou le traitement d'une gamme de maladies. On compte sur les m decins de soins primaires pour aider les patients naviguer dans les options de d pistage et de traitement. Par cons quent, ils doivent comprendre la base g n tique d'un grand nombre de maladies g n tiquement influenc es, int grer les ant c dents personnels et familiaux pour d terminer le risque d'une mutation sp cifique et tre en mesure de fournir des conseils. M me si les patients sont vus par des sp cialistes en g n tique qui valuent le risque g n tique et coordonnent les tests, les prestataires de soins primaires doivent fournir leurs patients des informations sur les indications, les limites, les risques et les avantages du conseil et des tests g n tiques. Ils doivent galement tre pr ts proposer une gestion bas e sur les risques la suite d'une valuation des risques g n tiques. Compte tenu du rythme de la g n tique, il s'agit d'une t che de plus en plus difficile. Le domaine de la g n tique clinique passe rapidement du test d'un seul g ne au test de panel multig nique, avec des techniques telles que le s quen age du g nome entier et du g nome l'horizon, augmentant la complexit de la s lection et de l'interpr tation des tests, ainsi que l' ducation des patients et la prise de d cision m dicale. Les maladies h r ditaires de l'adulte suivent de multiples sch mas h r ditaires. Certaines sont des conditions dominantes autosomiques. Il s'agit notamment de nombreux syndromes courants de sensibilit au cancer tels que le cancer h r ditaire du sein et de l'ovaire (d aux mutations germinales BRCA1 et BRCA2) et le syndrome de Lynch (caus par des mutations germinales dans les g nes de r paration des m sappariements MLH1, MSH2, MSH6 et PMS2). Dans ces deux exemples, les mutations h r ditaires sont associ es une p n tration lev e (risque vie) du cancer, bien que le risque ne soit pas de 100 %. Dans d'autres conditions, bien qu'il y ait une transmission autosomique dominante, la p n trance est plus faible, ce qui rend les troubles plus difficiles reconna tre. Par exemple, les mutations germinales dans CHEK2 augmentent le risque de cancer du sein, mais avec un risque mod r au cours de la vie de l'ordre de 20 40 %, contre 50 70 % pour les mutations dans BRCA1 ou BRCA2. D'autres maladies h r ditaires d'apparition adulte sont transmises de mani re autosomique r cessive o deux all les mutants sont n cessaires pour provoquer la maladie. Les exemples incluent l'h mochromatose et le cancer du c lon associ MYH. Il existe davantage de troubles r cessifs autosomiques d'apparition p diatrique, tels que les maladies du stockage lysosomal et |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | la fibrose kystique. Le risque g n tique pour de nombreux troubles de l'apparition chez l'adulte est multifactoriel. Le risque peut tre conf r par des facteurs g n tiques un certain nombre de loci, qui ont individuellement de tr s petits effets (g n ralement avec des risques relatifs <1,5). Ces loci de risque (g n ralement des polymorphismes mononucl otidiques [SNP]) se combinent avec d'autres g nes et facteurs environnementaux d'une mani re qui n'est pas bien comprise. Des panels SNP sont disponibles pour valuer le risque de maladie, mais la mani re optimale d'utiliser ces informations en milieu clinique reste incertaine. De nombreuses maladies ont des sch mas h r ditaires multiples, ce qui ajoute la complexit de l' valuation des patients et des familles pour ces affections. Par exemple, le cancer du c lon peut tre associ une seule mutation germinale dans un g ne de r paration de m sappariement (syndrome de Lynch, autosomique dominant), des mutations biall liques dans MYH (autosomique r cessif) ou plusieurs SNP (polyg nique). Beaucoup plus de personnes auront des all les de risque de SNP que de mutations germinales dans les g nes p n tration lev e, mais le risque cumulatif vie de cancer du c lon li au premier est modeste, alors que le risque li au second est important. Les ant c dents personnels et familiaux fournissent des informations importantes sur le mode possible d'h ritage. Lorsque deux ou plusieurs parents au premier degr sont atteints d'asthme, de maladie cardiovasculaire, de diab te de type 2, de cancer du sein, de cancer du c lon ou de m lanome, le risque relatif de maladie chez les proches parents varie de deux cinq fois, soulignant l'importance des ant c dents familiaux pour ces troubles pr valents. Dans la plupart des situations, la cl pour valuer le risque h r ditaire de maladies courantes chez les adultes est la collecte et l'interpr tation d'ant c dents m dicaux personnels et familiaux d taill s en conjonction avec un examen physique dirig . Les ant c dents familiaux doivent tre enregistr s sous la forme d'un pedigree. Les pedigrees doivent transmettre des donn es li es la sant sur les parents au premier et au deuxi me degr . Lorsque de tels pedigrees sugg rent une maladie h r ditaire, ils doivent tre largis pour inclure d'autres membres de la famille. La d termination du risque pour un individu asymptomatique variera en fonction de la taille du pedigree, du nombre de parents non affect s, des types de diagnostics et de l' ge d'apparition de la maladie. Par exemple, une femme ayant deux parents au premier degr atteints d'un cancer du sein est plus risque de d velopper un trouble mend lien sp cifique si elle a un total de 3 parents au premier degr de sexe f minin (avec seulement 1 parent non affect ) que si elle a un total de 10 parents au premier degr de sexe f minin (avec 7 parents non affect s). Des facteurs tels que l'adoption et la structure familiale limit e (peu de femmes dans une famille) doivent tre pris en compte dans l'interpr tation d'un pedigree. Les consid rations suppl mentaires comprennent le jeune ge d'apparition de la maladie (par exemple, une femme non-fumeuse de 30 ans avec un infarctus du myocarde), les maladies inhabituelles (par exemple, le cancer du sein masculin ou le cancer m dullaire de la thyro de) et la d couverte de plusieurs maladies potentiellement li es chez un individu (par exemple, une femme ayant des ant c dents de cancer du c lon et de l'endom tre). Certaines maladies de l'adulte sont plus r pandues dans certains groupes ethniques. Par exemple, 2,5 % des personnes d'ascendance juive ashk naze sont porteuses de l'une des trois mutations fondatrices de BRCA1 et BRCA2. Les mutations du facteur V de Leiden sont beaucoup plus fr quentes chez les Caucasiens que chez les Africains ou les Asiatiques. D'autres variables qui devraient tre document es sont les facteurs de risque non h r ditaires chez les personnes atteintes d'une maladie (comme le tabagisme et l'infarctus du myocarde ; l'exposition l'amiante et les maladies pulmonaires ; et les radiations du manteau et le cancer du sein). Les expositions environnementales associ es importantes ou les facteurs li s au mode de vie diminuent la probabilit d'un trouble g n tique sp cifique. En revanche, l'absence de facteurs de risque non h r ditaires g n ralement associ s une maladie soul ve des inqui tudes quant une association g n tique. Des ant c dents personnels ou familiaux de thrombose veineuse profonde en l'absence de facteurs de risque environnementaux ou m dicaux connus sugg rent un trouble thrombotique h r ditaire. L'examen physique peut galement fournir des indices importants sur le risque d'une maladie h r ditaire sp cifique. Un patient pr sentant des xanthomes un jeune ge doit envisager une hypercholest rol mie familiale. La pr sence de trichil momes chez une femme atteinte d'un cancer du sein soul ve des inqui tudes pour le syndrome |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | de Cowden, associ des mutations PTEN. Le rappel des ant c dents familiaux est souvent inexact. Cela est particuli rement vrai lorsque l'histoire est lointaine et que les familles perdent le contact ou se s parent g ographiquement. Il peut tre utile de demander aux patients de remplir des formulaires d'ant c dents familiaux avant ou apr s leurs visites, car cela leur donne la possibilit de contacter des proches. Id alement, ces informations devraient tre int gr es dans des dossiers de sant et mis jour par intermittence. Des tentatives doivent tre faites pour confirmer les maladies signal es dans les ant c dents familiaux avant de prendre des d cisions de prise en charge importantes et, dans certaines circonstances, irr versibles. Ce processus est souvent de la main-d' uvre FIGURE 84-1 Une femme de 36 ans (fl che) demande une consultation en raison de ses ant c dents familiaux de cancer. La patiente s'inqui te du fait que les multiples cancers chez ses proches impliquent une pr disposition h r ditaire d velopper un cancer. Les ant c dents familiaux sont enregistr s et les dossiers des proches du patient confirment les diagnostics rapport s. Symbole cl Cancer du sein 52 Sein ca 44 46 Ovaire ca 43 Cancer de l'ovaire 2 40 Ovaire ca 38 42 Sein ca 38 24 Pneumonie 56 36 62 69 Sein ca 44 55 Ovaire ca 54 6210 Accident 6 40 5 2 2 intensif et implique id alement des entretiens avec des membres suppl mentaires de la famille ou l'examen des dossiers m dicaux, des rapports d'autopsie et des certificats de d c s. Bien que de nombreux troubles h r ditaires soient sugg r s par le regroupement de parents atteints de la m me maladie ou de maladies apparent es, il est important de noter que la p n tration de la maladie est incompl te pour la plupart des troubles g n tiques. En cons quence, le pedigree obtenu dans ces familles peut ne pas pr senter un sch ma h r ditaire mend lien clair, car tous les membres de la famille porteurs des all les associ s la maladie ne manifesteront pas de preuves cliniques de la maladie. De plus, les g nes associ s certains de ces troubles pr sentent souvent une expression variable de la maladie. Par exemple, le g ne BRCA2 associ au cancer du sein peut pr disposer plusieurs tumeurs malignes diff rentes dans la m me famille, y compris les cancers du sein, des ovaires, du pancr as, de la peau et de la prostate. Pour les maladies courantes telles que le cancer du sein, certains membres de la famille sans all le de sensibilit (ou g notype) peuvent d velopper un cancer du sein (ou ph notype) sporadiquement. De telles ph nocopies repr sentent une autre variable confusionnelle dans l'analyse du pedigree. Certaines des caract ristiques susmentionn es de l'histoire familiale sont illustr es dans la Fig. 84-1. Dans cet exemple, le proband, une femme de 36 ans (IV-1), a de forts ant c dents de cancer du sein et de l'ovaire du c t paternel de sa famille. L' ge pr coce d'apparition et la co-occurrence des cancers du sein et de l'ovaire dans cette famille sugg rent la possibilit d'une mutation h r ditaire dans BRCA1 ou BRCA2. On ne sait cependant pas, sans test g n tique, si son p re h berge une telle mutation et la lui a transmise. Apr s un conseil g n tique appropri de la bande pro et de sa famille, l'approche la plus informative et la plus rentable pour l'analyse de l'ADN dans cette famille consiste tester le cousin vivant de 42 ans atteint de cancer pour d tecter la pr sence d'une mutation BRCA1 ou BRCA2. Si une mutation est trouv e, il est possible de tester cette alt ration particuli re chez les autres membres de la famille, s'ils le souhaitent. Dans l'exemple illustr , si le p re du proband a une mutation BRCA1, il y a une probabilit de 50:50 que la mutation lui ait t transmise, et des tests g n tiques peuvent tre utilis s pour tablir l'absence ou la pr sence de cette alt ration. Dans ce m me exemple, si une mutation n'est pas d tect e chez le cousin atteint de cancer, le test ne serait pas indiqu pour les parents non atteints de cancer. Une premi re tape critique avant de commencer les tests g n tiques consiste s'assurer que le bon diagnostic clinique a t pos , qu'il soit bas sur les ant c dents familiaux, les r sultats physiques caract ristiques, la pathologie ou les tests biochimiques. Une telle valuation clinique minutieuse peut d finir le ph notype. Dans le mod le traditionnel des tests g n tiques, les tests sont initialement dirig s vers les g nes les plus probables (d termin s par le ph notype), ce qui 447 emp che les tests inutiles. De nombreux troubles pr sentent la caract ristique de l'h t rog n it du locus, qui fait r f rence au fait que des mutations dans diff rents g nes peuvent provoquer des troubles ph notypiquement similaires. Par exemple, l'ost ogen se imparfaite (chap. 427), le syndrome du QT long (chap. 277), la dystrophie musculaire (chap. 462e) et la pr disposition h r ditaire au cancer du sein (chap. 108) ou du c lon (cha |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | p. 110) peuvent chacun tre caus s par des mutations dans un certain nombre de g nes distincts. Les sch mas de transmission de la maladie, le risque de maladie, l' volution clinique et le traitement peuvent diff rer consid rablement en fonction du g ne sp cifique affect . Historiquement, le choix du g ne tester a t d termin par des caract ristiques cliniques et familiales uniques et par la pr valence relative des troubles g n tiques candidats. Cependant, des changements rapides dans les techniques de d pistage g n tique, comme discut ci-dessous, peuvent avoir un impact sur ce paradigme. Il est maintenant techniquement et financi rement possible de s quencer de nombreux g nes (ou m me l'exome entier) en m me temps. L'incorporation de tests multiplex pour les mutations de la lign e germinale volue rapidement. Les tests g n tiques sont r glement s et effectu s de la m me mani re que les autres tests de laboratoire sp cialis s. Aux tats-Unis, les laboratoires de tests g n tiques sont approuv s par le CLIA (Clinical Laboratory Improvement Amendments) pour s'assurer qu'ils r pondent aux normes de qualit et de comp tence. Une source d'information utile pour divers tests g n tiques est www.genetests.org. Il convient de noter que de nombreux tests doivent tre command s aupr s de laboratoires sp cialis s. Les tests g n tiques sont effectu s en grande partie par analyse de la s quence d'ADN pour les mutations, bien que le g notype puisse galement tre d duit par l' tude de l'ARN ou de la prot ine (par exemple, l'apolipoprot ine E, l'h moglobine S et l'immunohistochimie). Par exemple, le d pistage universel du syndrome de Lynch via l'analyse immunohistochimique des cancers colorectaux pour l'absence d'expression des prot ines de r paration des m sappariements est en cours dans plusieurs h pitaux travers les tats-Unis. La d termination des alt rations de la s quence d'ADN repose fortement sur l'utilisation de la r action en cha ne de la polym rase (PCR), qui permet une amplification et une analyse rapides du g ne d'int r t. En outre, la PCR permet des tests g n tiques sur des quantit s minimales d'ADN extraites d'un large ventail de sources tissulaires, y compris les leucocytes, les cellules pith liales muqueuses (obtenues par couvillonnage salivaire ou buccal) et les tissus d'archives. L'ADN amplifi peut tre analys directement par s quen age de l'ADN, ou il peut tre hybrid des puces ADN ou des taches pour d tecter la pr sence de s quences d'ADN normales et modifi es. Le s quen age direct de l'ADN est fr quemment utilis pour d terminer la sensibilit aux maladies h r ditaires et le diagnostic pr natal. Des analyses de grandes alt rations du g nome sont possibles en utilisant la cytog n tique, l'hybridation in situ fluorescente (FISH), le Southern blot ou l'amplification par sonde d pendante de la ligation multiplexe (MLPA) (Chap. 83e). Le s quen age massivement parall le ( galement appel s quen age de nouvelle g n ration) modifie consid rablement l'approche des tests g n tiques pour le trouble de sensibilit h r ditaire de l'adulte. Cette technologie englobe plusieurs approches haut d bit du s quen age de l'ADN, qui peuvent toutes s quencer de mani re fiable de nombreux g nes la fois. Techniquement, cela implique l'utilisation de mod les d'ADN amplifi s dans une cellule de flux, un processus tr s diff rent du s quen age Sanger traditionnel qui prend du temps et est co teux. Des panels multiplex pour la sensibilit h r ditaire sont disponibles dans le commerce et comprennent le test d'un certain nombre de g nes qui ont t associ s la condition d'int r t. Par exemple, des panels sont disponibles pour le syndrome de Brugada, la cardiomyopathie hypertrophique et la neuropathie de Charcot-Marie-Tooth. Pour de nombreux syndromes, ce type de test de panel peut avoir du sens. Cependant, dans d'autres situations, l'utilit des tests de panel est moins certaine. Les panels de sensibilit au cancer du sein actuellement disponibles contiennent six g nes ou plus. Bon nombre des g nes inclus dans les plus grands panels ne sont associ s qu' un risque modeste de cancer du sein, et l'application clinique est incertaine. Un probl me suppl mentaire de s quen age de nombreux g nes (plut t que les g nes pour lesquels il y a le plus de soup ons) est l'identification d'un ou plusieurs variants de signification incertaine (VU), discut s ci-dessous. Le s quen age de l'ensemble de l'exome (WES) est galement maintenant disponible dans le commerce, bien qu'il soit largement utilis chez les personnes atteintes de syndromes inexpliqu s par Chapitre 84 La pratique de la g n tique en m decine clinique tests g n tiques traditionnels. mesure que les co ts diminuent, WES peut tre plus largement utilis . Le s quen age du g nome entier est galement disponible dans le commerce. Bien qu'il puisse tre tout fait possible de s quencer l'ensemble du g nome, il y a beaucoup de probl mes le fai |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | re, y compris la t che ardue d'analyser la grande quantit de donn es g n r es. D'autres questions comprennent : (1) la mani re optimale d'obtenir le consentement clair , (2) l'interpr tation de la variation fr quente de la s quence d'une signification incertaine, (3) l'interpr tation des alt rations des g nes avec une pertinence incertaine pour une pathologie humaine sp cifique, et (4) la gestion des r sultats g n tiques inattendus mais cliniquement significatifs. Les strat gies de d pistage voluent la suite de ces nouvelles plateformes de d pistage g n tique. Alors que le co t de plusieurs panels de g nes et WES continue de baisser, et que l'interpr tation de ces r sultats de test s'am liore, il peut y avoir un passage du test s quentiel monog nique (ou de quelques g nes) au test multig nique. Par exemple, actuellement, une femme de 30 ans atteinte d'un cancer du sein mais sans ant c dents familiaux de cancer et sans caract ristiques syndromiques subirait un test BRCA1/2. Si elle tait n gative, on lui proposerait par la suite un test TP53. Notamment, un nombre raisonnable de personnes ont propos un test TP53 pour le d clin du syndrome de Li-Fraumeni parce que les mutations sont associ es des risques de cancer extr mement lev s (y compris les cancers infantiles) dans plusieurs organes et qu'il n'existe aucune intervention prouv e pour att nuer les risques. Sans caract ristiques compatibles avec le syndrome de Cowden, la femme ne se verrait pas syst matiquement proposer des tests PTEN ou des tests pour CHEK2, ATM, BRIP, BARD, NBN et PALB2. Cependant, il est maintenant possible d'analyser de mani re synchrone tous les g nes susmentionn s, pour un co t nominalement plus lev que le test BRCA1/2 seul. Les pr occupations concernant de tels panels comprennent des strat gies de consentement appropri es li es des r sultats inattendus, des UEV et une utilit clinique incertaine du test des g nes p n tration mod r e. Ainsi, les changements par rapport au mod le traditionnel de test g n tique g ne unique doivent tre effectu s avec prudence (Fig. 84-2). Il existe des limites l'exactitude et l'interpr tation des tests g n tiques. En plus des erreurs techniques, les tests g n tiques sont parfois con us pour d tecter uniquement les mutations les plus courantes. De plus, les tests g n tiques ont volu au fil du temps. Par exemple, il n'a pas t possible d'obtenir des tests complets de r arrangement g nomique grande chelle disponibles dans le commerce pour BRCA1 et BRCA2 avant 2006. Par cons quent, un r sultat n gatif doit tre qualifi par la possibilit que l'individu puisse avoir une mutation qui n'a pas t incluse dans le test. De plus, un r sultat n gatif ne signifie pas qu'il n'y a pas de mutation dans un autre g ne qui provoque une maladie h r ditaire similaire. Un r sultat n gatif, moins qu'il n'y ait une mutation connue dans la famille, est g n ralement class comme non informatif. Les UEV sont une autre limitation aux tests g n tiques. Une UV ( galement appel e variante non classifi e) est une variation de s quence dans un g ne dont l'effet de l'alt ration sur la fonction de la prot ine n'est pas connu. Beaucoup de ces variants sont des substitutions nucl otidiques simples ( galement appel es mutations faux-sens) qui entra nent un seul changement d'acide amin . Bien que de nombreux vis seront finalement reclass s en polymorphismes b nins, certains se r v leront fonctionnellement importants. Au fur et mesure que de plus en plus de g nes sont s quenc s (par exemple, dans un panel multiplex ou via WES), le pourcentage d'individus pr sentant une UEV augmente consid rablement. La recherche d'une UEV est difficile pour les patients comme pour les prestataires et complique les d cisions concernant la prise en charge m dicale. L'utilit clinique est une consid ration importante car les tests g n tiques de sensibilit aux maladies chroniques sont de plus en plus int gr s dans la pratique de la m decine. Dans certaines situations, il y a une utilit clinique claire pour les tests g n tiques avec des changements importants fond s sur des preuves dans les d cisions de gestion m dicale bas es sur les r sultats. Cependant, dans de nombreux cas, la d couverte de g nes associ s la maladie a d pass les tudes qui valuent comment ces informations devraient tre utilis es dans la prise en charge clinique du patient et de sa famille. Cela est particuli rement vrai pour les mutations g n tiques mod r es et faible p n tration. Par cons quent, les tests g n tiques pr dictifs doivent tre abord s avec prudence et ne sont propos s qu'aux patients qui ont t correctement conseill s et qui ont donn leur consentement clair . Les tests g n tiques pr dictifs se divisent en deux cat gories distinctes. Les tests pr symptomatiques s'appliquent aux maladies o une alt ration g n tique sp cifique est associ e une probabilit de pr s de 100 % de d velopper une maladie. En revanche, les test |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | s de pr disposition pr disent un risque de maladie inf rieur 100 %. Par exemple, des tests pr symptomatiques sont disponibles pour les personnes risque de maladie de Huntington ; tandis que les tests de pr disposition sont envisag s pour les personnes risque de cancer du c lon h r ditaire. Il est important de noter que pour la majorit des troubles de l'apparition chez l'adulte, les tests ne sont que pr dictifs. Les r sultats des tests ne peuvent pas r v ler avec certitude si, quand ou comment la maladie se manifestera. Par exemple, tout le monde avec l'apolipoprot ine Approche traditionnelle des tests g n tiques Les tests g n tiques l' re de l'all le E4 d velopperont-ils la maladie d'Alzheimer et le s quen age de prochaine g n ration ? les personnes sans ce marqueur g n tique peuvent encore d velopper le trouble. La strat gie de test optimale pour une famille consiste d'abord initier le test chez un membre de la famille affect . L'identification d'une mutation peut orienter le d pistage d'autres membres de la famille risque (symptomatiques ou non). En l'absence de facteurs de risque familiaux ou environnementaux suppl mentaires, les personnes dont le test est n gatif pour la mutation trouv e chez le membre de la famille affect peuvent tre inform es qu'elles sont risque pour cette maladie particuli re dans la population g n rale. De plus, ils peuvent tre rassur s sur le fait qu'ils ne risquent pas de transmettre la mutation leurs enfants. D'autre part, les membres asymptomatiques de la famille dont le test est positif pour la mutation connue doivent tre inform s qu'ils pr sentent un risque accru de d veloppement de la maladie et de transmission de l'alt ration leurs enfants. Le conseil et l' ducation pr alables au test sont importants, tout comme une valuation de la capacit du patient comprendre et faire face aux r sultats des tests. Le d pistage g n tique a des implications pour des familles enti res, et les personnes int ress es par le d pistage g n tique doivent donc tenir compte de l'impact que les r sultats du test pourraient avoir sur leurs relations avec les parents, les partenaires, les conjoints et les enfants. Dans les familles avec une mutation g n tique connue, ceux qui testent posi-FIGURE 84-2 Approche du d pistage g n tique doivent tenir compte de l'impact de leur statut de porteur sur leur mode de vie actuel et futur ; ceux qui testent n gatif peuvent manifester une culpabilit de survivant. Les parents qui pr sentent une mutation associ e la maladie expriment souvent une anxi t et un d sespoir consid rables lorsqu'ils abordent la question du risque pour leurs enfants. De plus, certaines personnes envisagent des options telles que le diagnostic g n tique pr implantatoire dans leur prise de d cision en mati re de reproduction. Lorsqu'une maladie ne se manifeste pas avant l' ge adulte, les cliniciens et les parents sont confront s la question de savoir si les enfants risque doivent se voir proposer des tests g n tiques et, le cas ch ant, quel ge. Bien que la question soit d battue, plusieurs organisations professionnelles ont averti que les tests g n tiques pour les troubles d'apparition adulte ne devraient pas tre offerts aux enfants. Bon nombre de ces affections ne font l'objet d'aucune intervention connue dans l'enfance pour pr venir la maladie ; par cons quent, ces informations peuvent pr senter un risque psychosocial important pour l'enfant. En outre, on craint que le d pistage pendant l'enfance ne viole le droit de l'enfant de prendre une d cision clair e concernant le d pistage l' ge adulte. D'autre part, des tests doivent tre propos s dans l'enfance pour les troubles qui peuvent se manifester t t dans la vie, en particulier lorsque des options de prise en charge sont disponibles. Par exemple, les enfants atteints de n oplasie endocrinienne multiple 2 (HOMMES 2) peuvent d velopper un cancer m dullaire de la thyro de t t dans la vie et devraient tre envisag s pour une thyro dectomie prophylactique (chap. 408). De m me, les enfants atteints de polypose ad nomateuse familiale (PAF) due une mutation de l'APC peuvent d velopper des polypes l'adolescence avec une progression vers un cancer invasif dans la vingtaine, et par cons quent, le d pistage par coloscopie est commenc entre 10 et 15 ans (chap. 110). Le consentement clair pour les tests g n tiques commence par l' ducation et le conseil. Le patient doit comprendre les risques, les avantages et les limites des tests g n tiques, ainsi que les implications potentielles des r sultats des tests. Le consentement clair doit inclure un document crit, r dig de mani re claire et concise dans un langage et un format compr hensibles par le patient. tant donn que les tests g n tiques mol culaires d'un individu asymptomatique permettent souvent de pr dire les risques futurs, le patient doit comprendre toutes les implications m dicales, psychologiques et sociales potentielles long te |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | rme des tests. Le potentiel de discrimination g n tique suscite depuis longtemps des inqui tudes. La loi sur la non-discrimination en mati re d'informations g n tiques (GINA) a t adopt e en 2008 et pr voit certaines protections li es la discrimination en mati re d'emploi et d'assurance maladie. Il est important d'explorer avec les patients l'impact potentiel des r sultats des tests g n tiques sur la sant future ainsi que sur la couverture d'assurance invalidit et vie. Les patients doivent comprendre que des alternatives restent disponibles s'ils d cident de ne pas poursuivre les tests g n tiques, y compris la possibilit de reporter les tests une date ult rieure. L'option de banque d'ADN doit tre pr sent e afin que les chantillons soient facilement disponibles pour une utilisation future par les membres de la famille, si n cessaire. Selon la nature du trouble g n tique, les interventions post-test peuvent inclure : (1) une surveillance et une sensibilisation prudentes ; (2) des interventions m dicales sp cifiques telles que le d pistage am lior , la chimiopr vention ou la chirurgie de r duction des risques ; (3) la pr vention des risques ; et (4) l'orientation vers des services de soutien. Par exemple, les patientes pr sentant des mutations d l t res connues de BRCA1 ou BRCA2 sont fortement encourag es subir une salpingo-oophorectomie r duisant le risque et se voient proposer un d pistage intensif du cancer du sein ainsi que la possibilit d'une mastectomie r duisant le risque. En outre, ces femmes peuvent souhaiter prendre une chimiopr vention avec du tamoxif ne, du raloxif ne ou de l'ex mestane. Les personnes ayant des options de prise en charge et de pr vention m dicales plus limit es, telles que les patients atteints de la maladie de Huntington, devraient se voir offrir un suivi continu et des services de soutien, y compris des services de physioth rapie et d'ergoth rapie et des services sociaux ou des groupes de soutien, comme indiqu . Les interventions sp cifiques changeront mesure que la recherche continuera d'am liorer notre compr hension de la gestion m dicale de ces maladies g n tiques et que nous en apprendrons davantage sur les fonctions des produits g n tiques impliqu s. Il faut rappeler aux personnes dont le test est n gatif pour une mutation d'un g ne associ la maladie identifi chez un membre de la famille affect qu'elles peuvent toujours tre risque de contracter la maladie. Ceci est particuli rement important pour les maladies courantes telles que le diab te sucr , le cancer et les maladies coronariennes. Par exemple, une femme qui constate qu'elle ne porte pas 449 la mutation associ e la maladie dans BRCA2 pr c demment d couverte dans la famille doit se rappeler qu'elle a toujours besoin du m me d pistage du cancer du sein recommand pour la population g n rale. Le conseil g n tique doit tre distingu des tests et du d pistage g n tiques, bien que les conseillers g n tiques soient souvent impliqu s dans des probl mes li s aux tests. Le conseil g n tique fait r f rence un processus de communication qui traite des probl mes humains associ s la survenue d'un risque de trouble g n tique dans une famille. L' valuation des risques g n tiques est complexe et implique souvent des l ments d'incertitude. Le conseil comprend donc l' ducation g n tique ainsi que le conseil psychosocial. Le conseil g n tique peut tre utile dans un large ventail de situations (Tableau 84-1). Le r le du conseiller en g n tique comprend les l ments suivants : 1. Rassemblez et documentez un historique familial d taill . 2. duquer les patients sur les principes g n tiques g n raux li s au risque de maladie, la fois pour eux-m mes et pour les autres membres de la famille. 3. valuer et am liorer la capacit du patient faire face aux informations g n tiques offertes. 4. Discutez de la fa on dont les facteurs non g n tiques peuvent tre li s l'expression ultime de la maladie. 5. R soudre les probl mes de gestion m dicale. 6. Aider d terminer le r le des tests g n tiques pour l'individu et la famille. 7. Assurez-vous que le patient est au courant des indications, du processus, des risques, des avantages et des limites des diff rentes options de test g n tique. 8. Aider le patient, la famille et le m decin traitant dans l'interpr tation des r sultats du test. 9. Orienter le patient et les autres membres de la famille risque vers des services m dicaux et de soutien suppl mentaires, si n cessaire. Le conseil g n tique est g n ralement offert de mani re non directive, les patients apprenant comprendre comment leurs valeurs entrent en ligne de compte dans une d cision m dicale particuli re. Le conseil non directif est particuli rement appropri lorsqu'il n'y a pas de donn es d montrant un b n fice clair associ une intervention particuli re ou lorsqu'une intervention est consid r e comme exp rimentale. Par e |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | xemple, le conseil g n tique non directif est utilis lorsqu'une personne d cide de subir ou non un test g n tique pour la maladie de Huntington. l'heure actuelle, il n'y a pas de b n fice clair (en termes de r sultats m dicaux) pour une personne risque subissant un test g n tique pour cette maladie, car son volution ne peut pas tre modifi e par des interventions th rapeutiques. Cependant, les tests peuvent avoir un impact important sur la perception de la planification avanc e des soins et sur ses relations interpersonnelles et ses plans de procr ation. Par cons quent, la d cision de poursuivre le test repose sur le syst me de croyances et les valeurs de l'individu. D'autre part, une approche plus directive est appropri e lorsqu'une affection peut tre trait e. Dans une famille atteinte de FAP, le d pistage du cancer du c lon et la colectomie prophylactique doivent tre recommand s pour les porteurs connus de la mutation APC. Le conseiller et le clinicien suivant cette famille doivent s'assurer que les membres de la famille risque ont acc s aux ressources n cessaires pour respecter ces recommandations. L' ducation g n tique est essentielle la capacit d'un individu prendre une d cision clair e concernant les options de d pistage et de traitement. Une connaissance ad quate des sch mas h r ditaires permettra aux patients de comprendre la probabilit de risque de maladie pour eux-m mes et pour les autres membres de la famille. Il est galement important de transmettre les concepts de p n tration et d'expression de la maladie. Pour la g n tique la plus complexe l' ge adulte Ant c dents d'un enfant avec des malformations cong nitales ou une maladie g n tique Ant c dents familiaux d anomalie g n tique Chapitre 84 La pratique de la g n tique dans les troubles de la m decine clinique, les patients asymptomatiques doivent tre inform s qu'un r sultat de test positif ne se traduit pas toujours par le d veloppement futur de la maladie. En outre, le r le des facteurs non g n tiques, tels que les expositions environnementales et le mode de vie, doit tre discut dans le contexte du risque de maladie multifactorielle et de la pr vention des maladies. Enfin, les patients doivent comprendre l'histoire naturelle de la maladie ainsi que les options potentielles d'intervention, y compris le d pistage, la pr vention et, dans certaines circonstances, le traitement pharmacologique ou la chirurgie prophylactique. Des traitements sp cifiques sont disponibles pour un certain nombre de troubles g n tiques. Les strat gies de d veloppement d'interventions th rapeutiques ont une longue histoire dans les maladies m taboliques infantiles ; cependant, ces principes ont galement t appliqu s dans le diagnostic et la prise en charge des maladies d'apparition adulte (tableau 84-2). L'h mochromatose h r ditaire est g n ralement caus e par des mutations de l'EFH (bien que d'autres g nes aient t moins fr quemment associ s) et se manifeste par un syndrome de surcharge en fer, qui peut entra ner une maladie du foie, une pigmentation de la peau, un diab te sucr , une arthropathie, une impuissance chez les hommes et des probl mes cardiaques (chap. 428). Lorsqu'il est identifi t t, le trouble peut tre g r efficacement avec une phl botomie th rapeutique. Par cons quent, lorsque le diagnostic d'h mochromatose a t pos dans un proband, il est important de conseiller et de proposer des tests d'autres membres de la famille afin de minimiser l'impact de la maladie. Les mesures pr ventives et les interventions th rapeutiques ne se limitent pas aux troubles m taboliques. L'identification des formes familiales du syndrome du QT long, associ es aux arythmies ventriculaires, permet des tests lectrocardiographiques pr coces et l'utilisation d'un traitement antiarythmique prophylactique, de stimulateurs cardiaques overdrive ou de d fibrillateurs. Les personnes atteintes de cardiomyopathie hypertrophique familiale peuvent tre d pist es par chographie, trait es avec des b ta-bloquants ou d'autres m dicaments, et conseill es sur l'importance d' viter l'exercice intense et la d shydratation. Les personnes atteintes du syndrome de Marfan peuvent tre trait es avec des b ta-bloquants ou Abr viations : AD, autosomique dominant ; AR, autosomique r cessif ; HNPCC, cancer colorectal h r ditaire sans polypose ; IRM, imagerie par r sonance magn tique ; XL, li l'X. antagonistes des r cepteurs de l'angiotensine II et suivi du d veloppement d'an vrismes de l'aorte. Le domaine de la pharmacog n tique identifie les g nes qui modifient le m tabolisme des m dicaments ou conf rent une sensibilit aux r actions toxiques aux m dicaments. La pharmacog n tique cherche individualiser la pharmacoth rapie dans le but d'am liorer les r sultats du traitement et de r duire la toxicit . Les exemples incluent le d ficit en thiopurine m thyltransf rase (TPMT), le d ficit en dihydropyrimidine d shydrog nase, l'hyperthermie mali |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | gne et le d ficit en glucose-6-phosphate. Malgr les succ s dans ce domaine, il n'est pas toujours clair comment int grer la pharmacog n tique dans les soins cliniques. Par exemple, bien qu'il existe une association avec les g notypes CYP et VKORC et le dosage de la warfarine, il n'y a aucune preuve que l'int gration du g notypage dans la pratique clinique am liore les r sultats pour les patients. L'identification des anomalies germinales qui augmentent le risque de certains types de cancer volue rapidement dans la prise en charge clinique. L'identification des membres de la famille pr sentant des mutations qui pr disposent au FAP ou au syndrome de Lynch conduit des recommandations de d pistage pr coce du cancer et de chirurgie prophylactique, ainsi qu' la prise en compte de la chimiopr vention et l'attention port e aux habitudes de vie saines. Des principes similaires s'appliquent aux formes familiales de m lanome ainsi qu'aux cancers du sein, des ovaires et de la thyro de. En plus de l'augmentation du d pistage et de la chirurgie prophylactique, l'identification des mutations germinales associ es au cancer peut galement conduire au d veloppement de th rapies cibl es, par exemple, le d veloppement continu d'inhibiteurs de la PARP chez les personnes atteintes de cancers associ s au BRCA. Bien que le r le des tests g n tiques en milieu clinique continue d' voluer, ces tests promettent de permettre des interventions pr coces et plus cibl es qui peuvent r duire la morbidit et la mortalit . Les progr s technologiques rapides changent la fa on dont les tests g n tiques sont effectu s. Comme les tests g n tiques deviennent moins co teux et techniquement plus faciles effectuer, on s'attend ce qu'il y ait une expansion de leur utilisation. Cela pr sentera des d fis, mais aussi des opportunit s. Il est essentiel que les m decins et les autres professionnels de la sant se tiennent au courant des progr s de la m decine g n tique afin de faciliter l'orientation appropri e vers le conseil g n tique et l'utilisation judicieuse des tests g n tiques, ainsi que de fournir des soins de pointe fond s sur des donn es probantes aux patients touch s ou risque et leurs proches. Chapitre 84 La pratique de la g n tique en m decine clinique DNa mitochondriale et traits et maladies h r ditaires Karl Skorecki, Doron Behar Les mitochondries sont des organites cytoplasmiques dont la fonction principale est de g n rer de l'ATP par le processus de phosphorylation oxydative dans des conditions d'a ro85e bic. Ce processus est m di par les complexes enzymatiques multiprot iques I V de la cha ne de transport d' lectrons respiratoires (ETC) et les deux transporteurs d' lectrons, la coenzyme Q (CoQ) et le cytochrome c. D'autres processus cellulaires auxquels les mitochondries apportent une contribution majeure comprennent l'apoptose (mort cellulaire programm e) et des fonctions suppl mentaires sp cifiques au type de cellule (Tableau 85e-1). L'efficacit de l'ETC mitochondrial dans la production d'ATP est un d terminant majeur de l' quilibre nerg tique global du corps et de la thermogen se. De plus, les mitochondries sont la source pr dominante d'esp ces r actives de l'oxyg ne (ROS), dont le taux de production est galement li au couplage de la production d'ATP la consommation d'oxyg ne. Compte tenu de la centralit de la phosphorylation oxydative dans les activit s normales de presque toutes les cellules, il n'est pas surprenant que le dysfonctionnement mitochondrial puisse affecter presque tous les syst mes organiques (Fig. 85e-1). Ainsi, les m decins de nombreuses disciplines peuvent rencontrer des patients atteints de maladies mitochondriales et doivent tre conscients de leur existence et de leurs caract ristiques. L'activit int gr e d'environ 1 500 produits g niques est n cessaire la biogen se, la fonction et l'int grit mitochondriales normales. Presque tous sont cod s par des g nes nucl aires et suivent donc les r gles et les mod les de l'h ritage g nomique nucl aire (Chap. 84). Ces prot ines cod es par le noyau sont synth tis es dans le cytoplasme cellulaire et import es leur emplacement d'activit dans les mitochondries par un processus biochimique complexe. De plus, les mitochondries contiennent leur propre petit g nome constitu de nombreuses copies (polyplo die) par mitochondrie d'une mol cule d'ADN mitochondrial double brin circulaire (ADNmt) comprenant 16 569 nucl otides. Cette s quence d'ADNmt ( galement connue sous le nom de mitog nome ) pourrait repr senter les restes de procaryotes endosymbiotiques dont on pense que les mitochondries sont originaires. La s quence d'ADNmt contient un total de 37 g nes, dont 13 codent pour des composants prot iques mitochondriaux de l'ETC (Fig. 85e-2). Les 22 g nes restants codant pour l'ARNt et l'ARNr 2 sont d di s au processus de traduction des 13 prot ines cod es par l'ADNmt. Ce double contr le g n tique nucl aire et mitochondrial de la fo |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | nction mitochondriale entra ne des sch mas h r ditaires uniques et difficiles diagnostiquer. Le pr sent chapitre se concentre sur les traits h r ditaires et les maladies li es la composante ADNmt du double contr le g n tique de la fonction mitochondriale. Le lecteur peut consulter les documents suivants: 84 et 462e pour la prise en compte de la maladie mitochondriale provenant de mutations dans le g nome nucl aire. Ces derniers comprennent des troubles dus des mutations dans des g nes nucl aires codant directement pour des composants structuraux ou des facteurs d'assemblage des complexes de phosphorylation oxydative, (2) des troubles dus des mutations dans des g nes nucl aires codant pour des prot ines indirectement li es la phosphorylation oxydative, et du nombre de copies d'ADNmt dans les tissus affect s sans mutations ou rangements arri re-85e-1 dans l'ADNmt. En raison de sa structure circulaire et de sa localisation extranucl aire, les m canismes de r plication et de transcription de l'ADNmt diff rent des m canismes correspondants du g nome nucl aire, dont l'emballage et la structure nucl osomiques sont plus complexes. tant donn que chaque cellule contient de nombreuses copies d'ADNmt et que le nombre de mitochondries peut varier au cours de la vie de chaque cellule, le nombre de copies d'ADNmt n'est pas directement coordonn avec le cycle cellulaire. Ainsi, de grandes diff rences dans le nombre de copies d'ADNmt sont observ es entre diff rents types de cellules et tissus et au cours de la vie d'une cellule. Une autre caract ristique importante du processus de r plication de l'ADNmt est une rigueur r duite de la relecture et de la correction des erreurs de r plication, conduisant un plus grand degr de variation de s quence par rapport au g nome nucl aire. Certains de ces variants de s quence sont des polymorphismes silencieux qui n'ont pas le potentiel d'avoir un effet ph notypique ou pathog ne, tandis que d'autres peuvent tre consid r s comme des mutations pathog nes. En ce qui concerne la transcription, l'initiation peut se produire sur les deux brins et passe par la production d'un ARN pr curseur polycistronique sans intron, qui est ensuite trait pour produire les 13 ARNm individuels et les 24 produits ARNt et ARNr individuels. Les 37 g nes de l'ADNmt comprennent enti rement 93 % des 16 569 nucl otides de l'ADNmt dans ce que l'on appelle la r gion codante. La r gion t moin se compose d'environ 1,1 kilobases (kb) d'ADN non codant, dont on pense qu'il joue un r le important dans la r plication et l'initiation de la transcription. Contrairement la recombinaison de paires homologues qui a lieu dans le noyau, les mol cules d'ADNmt ne subissent pas de recombinaison, de sorte que les v nements mutationnels repr sentent la seule source de diversification g n tique de l'ADNmt. De plus, de tr s rares exceptions pr s, seul l'ADN maternel est transmis la prog niture. L'ovocyte f cond d grade l'ADNmt transport partir du sperme dans un processus complexe impliquant le syst me prot asome de l'ubiquitine. Ainsi, bien que les m res transmettent leur ADNmt leurs fils et leurs filles, seules les filles sont en mesure de transmettre l'ADNmt h rit aux g n rations futures. En cons quence, la variation de la s quence de l'ADNmt et les traits et maladies ph notypiques associ s sont h rit s exclusivement le long des lign es maternelles. Comme indiqu ci-dessous, en raison de la relation complexe entre les mutations de l'ADNmt et l'expression de la maladie, cet h ritage maternel est parfois difficile reconna tre au niveau clinique ou g n alogique. Cependant, des preuves de transmission paternelle peuvent presque certainement exclure une origine g n tique d'ADNmt de variation ph notypique ou de maladie ; l'inverse, une maladie affectant les deux sexes sans preuve de transmission paternelle sugg re fortement un trouble h r ditaire de l'ADNmt (Fig. 85e-2). NUM RO DE COPIE MULTIPLE (POLYPLO DIE), TAUX DE MUTATION LEV , H T ROPLASMIE ET S GR GATION MITOTIQUE Chaque cellule a robie du corps poss de plusieurs mitochondries, souvent au nombre de plusieurs centaines ou plus dans des cellules ayant des besoins importants en production d' nergie. De plus, le nombre de copies d'ADNmt au sein de chaque mitochondrie varie de plusieurs des centaines ; cela est vrai la fois pour les cellules somatiques et germinales, y compris les ovocytes chez les femelles. Dans le cas des cellules somatiques, cela signifie que l'impact de la plupart des mutations somatiques nouvellement acquises est susceptible d' tre tr s faible en termes de fonction totale du syst me cellulaire ou organique ; cependant, en raison du taux de mutation beaucoup plus lev au cours de la r plication de l'ADNmt, de nombreuses mutations diff rentes peuvent s'accumuler avec le vieillissement de l'organisme. Il a t propos que la charge cumulative totale des mutations acquises de l'ADNmt somatique avec l' ge peut |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | entra ner une perturbation globale de la fonction mitochondriale, contribuant la r duction li e l' ge de l'efficacit de la phosphorylation oxydative et l'augmentation de la production de ROS dommageables. L'accumulation de telles mutations acquises de l'ADNmt somatique avec le vieillissement peut contribuer des maladies li es l' ge, telles que le syndrome m tabolique et le diab te, le cancer et les maladies neurod g n ratives et cardiovasculaires chez un individu donn . Cependant, les mutations somatiques ne sont pas transmises la g n ration suivante et l'individu joue un r le central dans la manifestation et la gravit de la maladie et sont cruciales pour comprendre la complexit de l'h ritage des troubles de l'ADNmt. Au niveau de l'ovocyte, le pourcentage de mol cules d'ADNmt portant chaque version de la variante ou mutation de la s quence polymorphe d pend Foie sur les v nements stochastiques li s la partition- H patopathie des mol cules d'ADNmt au cours du processus d'oogen se lui-m me. Ainsi, les ovocytes diff rent les uns des autres par le degr de H t roplasmie ATP pour cette variante ou mutation de s quence. son tour, l' tat h t roplasmique est transmis au zygote et l'organisme dans son ensemble, pour varier Sous-unit s nucl aires Degr s oxydatifs, en fonction de la s gr gation mitotique - phosphorylation de l'ADN des mol cules d'ADNmt au cours de l'organe D veloppement et maintenance du syst me du syndrome de Fanconi. Glom rulopathie Pour cette raison, la f condation in vitro, cerveau suivie du diagnostic g n tique pr implantatoire (DPI), n'est pas aussi pr dictive de la sant g n tique de la prog niture dans Mitochondrial le cas des mutations de l'ADNmt comme dans le Cas ADN du g nome nucl aire. De la m me mani re, D mence Pancr as Migraine Diab te sucr l'impact des mutations de l'ADNmt somatique acquises au cours du d veloppement et montre par la suite galement un norme spectre de variabilit . La s gr gation mitotique sanguine fait r f rence la distribution in gale du syndrome de Pearson des versions sauvages et mutantes des mol cules d'ADNmt Oreille interne pendant toutes les divisions cellulaires qui se produisent pendant le d veloppement pr natal sensoriel et la perte de sous-cisaillement Colon quently tout au long de la dur e de vie d'un Pseudo-obstruction individuelle. L'effet ph notypique ou FIGURE 85E-1 Le double contr le g n tique et les manifestations multiples du syst me organique de l'impact de la maladie mitochondriale seront donc une maladie fonctionnelle. (Reproduit avec la permission du Dr Johns : ADN mitochondrial et maladie. N Engl J Med tion not only of the inherent disruptive 333:638, 1995.) hereditary impact of mtDNA mutagenesis requires separate consideration of events in the female germline. Le nombre de copies d'ADNmt multiples dans chaque cellule, y compris les cellules germinales maternelles, entra ne le ph nom ne d'h t roplasmie, contrairement une plus grande uniformit (homoplasie) de la s quence d'ADN nucl aire somatique. L'h t roplasmie pour une variante ou une mutation de s quence d'ADNmt donn e survient la suite de la coexistence au sein d'une cellule, d'un tissu ou d'un individu de mol cules d'ADNmt portant plus d'une version de la variante de s quence (Fig. 85e-3). L'importance des ph nom nes d'h t roplasmie pour la compr hension des maladies mitochondriales li es l'ADNmt est critique. La coexistence de l'ADNmt mutant et non mutant et la variation de la charge mutante entre les individus du m me fratrie maternelle, et entre les organes et les tissus au sein de la m me fratrie FIGURE 85e-2 H r dit maternelle des troubles de l'ADN mitochondrial (ADNmt) et des traits h r ditaires. Les femmes affect es (cercles remplis) transmettent le trait leurs enfants. Les hommes affect s (carr s remplis) ne transmettent le trait aucun de leurs descendants. effet (pathog nicit ) sur les tions de l'ADNmt) ou l'int grit de la mol cule d'ADNmt (mutations de la r gion t moin), mais aussi de sa distribution parmi les multiples copies de l'ADNmt dans les diff rentes mitochondries, cellules et tissus de l'individu affect . Ainsi, une cons quence peut tre la g n ration d'un goulot d' tranglement en raison du d clin marqu d'ensembles donn s de variants d'ADNmt, r sultant d'une telle s gr gation mitotique. L'h t rog n it r sulte de diff rences dans le degr d'h t roplasmie entre les ovocytes de la femelle affect e, ainsi que de la s gr gation mitotique subs quente de la mutation pathog ne au cours du d veloppement des tissus et des organes, et tout au long de la vie de la prog niture individuelle. L'expression r elle de la maladie pourrait alors d pendre d'un pourcentage seuil de mitochondries dont la fonction est perturb e par des mutations de l'ADNmt. Cela confond son tour les sch mas de transmission h r ditaires et donc le diagnostic g n tique des mutations h t roplasmiques pathog nes. G n ra |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | lement, si la proportion d'ADNmt mutant est inf rieure 60 %, il est peu probable que l'individu soit affect , alors que des proportions sup rieures 90 % provoquent une maladie clinique. Contrairement aux maladies classiques de l'ADNmt, dont la plupart commencent dans l'enfance et sont le r sultat de mutations h t oplasmiques comme indiqu ci-dessus, au cours de l' volution humaine, certaines variantes de la s quence de l'ADNmt ont d riv vers un tat d'homoplasmie, dans lequel toutes les mol cules d'ADNmt dans l'organisme contiennent la nouvelle variante de s quence. Cela se produit en raison d'un effet de goulot d' tranglement suivi d'une d rive g n tique au cours du processus m me de l'oogen se (Fig. 85e-3). En d'autres termes, au cours de certaines tapes de l'oogen se, le nombre de copies d'ADNmt devient si consid rablement r duit que l'esp ce d'ADNmt particuli re portant la variante de s quence nouvelle ou d riv e peut devenir de plus en plus pr dominante, en raison de l'h t rog n it ph notypique qui se produit en fonction de l'h t roplasmie, du d fi de d tecter et d' valuer l'h t roplasmie dans diff rents tissus affect s, et des autres caract ristiques uniques de la fonction de l'ADNmt et FIGURE 85e-3 H t roplasie et goulot d' tranglement g n tique mitochondrial. indiqu ci-dessus. Il est estim que Au cours de la production d'ovocytes primaires, un nombre s lectionn de mitochondries Les mol cules d'ADN (ADNmt) sont transf r es dans chaque ovocyte. La maturation des ovocytes est une mutation susceptible de provoquer des maladies, mais associ e la r plication rapide de cette population d'ADNmt. Cet v nement d'amplification de restriction peut entra ner un d placement al atoire de la charge mutationnelle de l'ADNmt qui affecte en fait jusqu' environ 1 individu sur 8500. entre les g n rations et est responsable des niveaux variables d'ADNmt mut La v ritable charge de morbidit li e la s quence de l'ADNmt observ e chez la prog niture affect e de m res pr sentant des mutations pathog nes de l'ADNmt. variation ne sera connue que lorsque le capa- Les mitochondries contenant de l'ADNmt mut sont indiqu es en rouge, et celles pr sentant des bilit s deviennent disponibles : (1) la capacit distinguer un ADNmt normal est indiqu e en vert. (Reproduit avec la permission de R Taylor, D Turnbull : Mutations de l'ADN mitochondrial dans les maladies humaines. Nat Rev Genetics 6:389, 2005.) et ventuellement exclusive, version de l'ADNmt pour ce site nucl otidique particulier. Tous les descendants d'une femme portant une variante ou une mutation de s quence d'ADNmt devenue homoplasmique seront galement homoplasmiques pour cette variante et transmettront la variante de s quence aux g n rations suivantes. Les consid rations d'aptitude la reproduction limitent l' mergence volutive ou d mographique de mutations homoplasmiques l tales ou causant une maladie grave chez les nourrissons ou les enfants.Ainsi, un certain nombre d'exceptions notables (par exemple, les mutations de l'ADNmt causant la neuropathie optique h r ditaire de Leber ; voir ci-dessous), la plupart des mutations homoplasmiques sont consid r es comme des marqueurs neutres de l' volution humaine, qui sont utiles et int ressants dans l'analyse g n tique des populations d'ascendance maternelle partag e, mais qui ont peu d'importance dans la variation ph notypique humaine ou la pr disposition la maladie. Plus important encore, il faut comprendre que cette accumulation de mutations homoplastiques se produit un locus g n tique qui est transmis uniquement par la lign e germinale f minine et qui manque de recombinaison. son tour, cela permet de reconstruire la topologie s quentielle et la phylog nie rayonnante des mutations accumul es au cours de l' volution humaine depuis l' poque de l'anc tre commun le plus r cent de toutes les s quences d'ADNmt contemporaines, il y a environ 200 000 ans. Le terme haplogroupe est g n ralement utilis pour d finir les principaux points de ramification dans la phylog nie de l'ADNmt humain, imbriqu s les uns dans les autres, qui d montrent souvent une r partition g ographique ancestrale continentale frappante. Au niveau de la s quence compl te d'ADNmt, le terme haplotype est g n ralement utilis pour d crire la somme des mutations observ es pour une s quence d'ADNmt donn e et par rapport une s quence de r f rence, de sorte que tous les haplotypes appartenant un haplogroupe donn partagent la somme totale des mutations qui se sont accumul es depuis l'anc tre commun le plus r cent et le point de bifurcation qu'ils marquent. Les variants observ s restants sont priv s chaque haplotype. Par cons quent, la s quence d'ADNmt humain est un prototype mol culaire presque parfait pour un locus non recombin , et sa variation a t largement utilis e dans les tudes phylog n tiques. De plus, le taux de mutation de l'ADNmt est consid rablement plus lev que le taux o |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | bserv pour le g nome nucl aire, en particulier dans la r gion t moin, qui contient le d placement, ou Boucle D de maturation des ovocytes, comprenant son tour deux r gions adjacentes hypervariables de 85e-3 et d'amplification de l'ADNmt de fertilisation (HVR-I et HVR-II). Avec l'absence de recombinaison, cela amplifie la d rive vers des fr quences lev es de nouveaux haplotypes. En cons quence, les haplotypes d'ADNmt sont plus fortement r partis entre des zones g ographiques d finies Niveau lev de populations de mutations (prog niture affect e) par rapport aux variants de s quence dans d'autres parties du g nome. Malgr des recherches approfondies, il n'a pas t bien tabli que ce partitionnement bas sur l'haplotype a une influence significative sur les conditions de sant humaine. Cependant, l'analyse phylog n tique bas e sur l'ADNmt peut tre utilis e la fois comme outil d'assurance qualit et comme filtre de mutation (prog niture l g rement affect e) pour distinguer les variants d'ADNmt neutres comprenant la phylog nie de l'ADNmt humain des mutations potentiellement d l t res. Faible niveau de mutation (prog niture non affect e) La pr valence r elle de la maladie de l'ADNmt est difficile estimer, qu'il s'agisse d'une mutation modifiant le type ou d'une mutation pathog ne, (2) d'une valuation pr cise de l'h t roplasmie qui peut tre d termin e avec fid lit et (3) d'une approche de biologie des syst mes (chap. 87e) pour d terminer le r seau d'interactions pistatiques des variations de la s quence de l'ADNmt avec les mutations dans le g nome nucl aire. Compte tenu des r les vitaux des mitochondries dans toutes les cellules nucl es, il n'est pas surprenant que les mutations de l'ADNmt puissent affecter de nombreux tissus avec des effets pl iotropes. Plus de 200 mutations diff rentes de l'ADNmt causant des maladies, principalement h t roplasmiques, ont t d crites, affectant la fonction ETC. La figure 85e-4 fournit une carte partielle de l'ADNmt de certains des troubles les mieux caract ris s. Un certain nombre d'indices cliniques peuvent augmenter l'indice de suspicion d'une mutation h t roplasmique de l'ADNmt en tant qu' tiologie d'un trait ou d'une maladie h r ditaire, y compris (1) le regroupement familial avec absence de transmission paternelle ; (2) l'adh sion l'un des syndromes classiques (voir ci-dessous) ou des combinaisons paradigmatiques de ph notypes de maladies impliquant plusieurs syst mes d'organes qui ne s'int grent normalement pas dans une seule cat gorie de mutation g nomique nucl aire ; (3) un complexe d'anomalies de laboratoire et pathologiques qui refl tent une perturbation de l' nergie cellulaire (par exemple, acidose lactique et sympt mes neurod g n ratifs et myod g n ratifs avec la d couverte de fibres rouges en lambeaux, refl tant l'accumulation de mitochondries anormales sous la membrane musculaire sarcolemmale) ; ou (4) un motif mosa que refl tant un tat h t roplasmique. L'h t roplasmie peut parfois tre l gamment d montr e au niveau tissulaire en utilisant une coloration histochimique pour les enzymes de la voie de phosphorylation oxydative, avec un motif en mosa que indiquant l'h t rog n it du g notype pour la r gion codante de l'enzyme cod e par l'ADNmt. Le complexe II, la CoQ et le cytochrome c sont exclusivement cod s par l'ADN nucl aire. En revanche, les complexes I, III, IV et V contiennent au moins certaines sous-unit s cod es par l'ADNmt. Seulement 3 des 13 sous-unit s de l'enzyme ETC complexe IV, la cytochrome c oxydase, sont cod es par l'ADNmt, et, par cons quent, cette enzyme a le seuil de dysfonctionnement le plus bas lorsqu'un niveau seuil d'ADNmt mut est atteint. Coloration histochimique de l'activit de la cytochrome c oxydase dans les tissus de patients atteints de mutations h t roplasmiques h r ditaires de l'ADNmt Syndrome parkinsonien Enc phalomyopathie mitochondriale avec acidose lactique et pseudo accidents vasculaires PEO, LHON, MELAS, myopathie, cardiomyopathie, diab te et surdit Myopathie, cardiomyopathie LHON, PEO Myopathie, Myopathie de MELAS, lymphome LS, ataxie, chor e, myopathie PEO Myopathie, PEO Affection du motoneurone Surdit Myopathie, maladie multisyst mique, Mils Myopathie, PEO Cardiomyopathie ECM MCE, NOHL, myopathie, cardiomyopathie, M LAS et parkinsonisme NOHL, MELAS, diab te, NOHL et dystonie ND5 LS, MELAS Cardiomyopathie, PEO ECM, myopathie, NOHL, myopathie, NOHL et dystonie Myoclonie progressive, pilepsie et atrophie optique Cardiomyopathie, enc phalomyopathie FBSN SMSN, cardiomyopathie ECM, LS, ECM, PEO, MERRF, myoglobinurie MELAS, surdit FIGURE 85e-4 Mutations dans le g nome mitochondrial humain connues pour causer des maladies. Les troubles qui sont fr quemment ou fortement associ s des mutations dans un g ne particulier sont indiqu s en caract res gras. Les maladies dues des mutations qui alt rent la synth s |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | e des prot ines mitochondriales sont indiqu es en bleu. Les maladies dues des mutations dans les g nes codant pour les prot ines sont indiqu es en rouge. ECM, enc phalomyopathie ; FBSN, n crose striatale bilat rale familiale ; LHON, neuropathie optique h r ditaire de Leber ; LS, syndrome de Leigh ; MELAS, enc phalomyopathie mitochondriale, acidose lactique et pisodes de type accident vasculaire c r bral ; MERRF, pilepsie myoclonique avec fibres rouges d chiquet es ; MILS, syndrome de Leigh h r ditaire de la m re ; NARP, neuropathie, ataxie et r tinite pigmentaire ; PEO, ophtalmopl gie externe progressive ; PPK, k ratoderme palmoplantaire ; SMSN, syndrome de mort subite du nourrisson. (Reproduit avec la permission de S. DiMauro, E. Schon : Mitochondrial respiratory-chain diseases. N Engl J Med 348:2656, 2003.) (ou avec l'accumulation somatique de mutations de l'ADNmt, voir ci-dessous) peut montrer une mosa que de coloration histochimique r duite par rapport la coloration histochimique de l'enzyme complexe II, la succinate d shydrog nase (Fig. 85e-5). L'h t roplasmie peut galement tre d tect e au niveau g n tique par g notypage direct de l'ADNmt de type Sanger dans des conditions particuli res, bien que de faibles niveaux cliniquement significatifs d'h t roplasmie puissent chapper la d tection dans les chantillons g nomiques extraits du sang total l'aide de techniques conventionnelles de g notypage et de s quen age. Les techniques mergentes de s quen age de nouvelle g n ration (NGS) et leur p n tration rapide et leur reconnaissance en tant qu'outils de diagnostic clinique utiles devraient galement am liorer consid rablement l' valuation du diagnostic g n tique clinique des maladies mitochondriales au niveau du g nome nucl aire et de l'ADNmt. Dans le contexte du g nome nucl aire plus large, la capacit des techniques NGS augmenter consid rablement la vitesse laquelle l'ADN peut tre s quenc une fraction du co t de la technologie de s quen age conventionnelle de type Sanger est particuli rement b n fique. Les faibles co ts de s quen age et le court d lai d'ex cution acc l rent le d pistage de premier niveau de panels de centaines de g nes de maladies mitochondriales pr c demment connus ou soup onn s ou le d pistage de l'ensemble de l'exome ou du g nome dans le but d'identifier de nouveaux g nes et mutations affectant diff rents patients ou familles. Dans le contexte de l'ADNmt, les approches NGS sont particuli rement prometteuses pour la d tection rapide et fiable de l'h t roplasmie dans diff rents tissus affect s. Bien que le s quen age de Sanger permette une couverture compl te de l'ADNmt, il est limit par le manque de couverture profonde et la faible sensibilit pour la d tection de l'h t roplasmie lorsqu'elle est bien inf rieure 50%. En revanche, la technologie NGS est un excellent outil pour obtenir rapidement et avec pr cision la s quence pr dominante d'ADNmt d'un patient ainsi que des variants h t roplasmiques de fr quence inf rieure. Ceci est rendu possible par une couverture profonde du g nome par le biais de multiples lectures de s quences ind pendantes. En cons quence, des tudes r centes utilisant des techniques NGS ont d montr une pr cision de s quence quivalente au s quen age de type Sanger, mais ont galement r v l des taux d'h t roplasmie non appr ci s jusqu' pr sent compris entre 10 et 50 % et une d tection de l'h t roplasmie d'un seul nucl otide jusqu' des niveaux inf rieurs 10 %. Cliniquement, la caract ristique globale la plus frappante de la maladie g n tique mitochondriale est l'h t rog n it ph notypique associ e aux mutations de l'ADNmt. Cela s' tend l'h t rog n it ph notypique intrafamiliale pour la m me mutation pathog ne de l'ADNmt et, inversement, au chevauchement des manifestations ph notypiques de la maladie avec des mutations distinctes. Ainsi, bien que des syndromes classiques assez coh rents et bien d finis aient t attribu s des mutations sp cifiques, on rencontre souvent des combinaisons non classiques de ph notypes de maladies allant de la myopathie isol e une maladie multisyst mique tendue, ce qui rend difficile la corr lation g notype-ph notype. Dans les troubles classiques et non classiques de l'ADNmt, il y a souvent un regroupement de certaines combinaisons d'anomalies affectant le syst me neurologique (y compris l'atrophie du nerf optique, la r tinopathie pigmentaire et la perte auditive neurosensorielle), les muscles cardiaques et squelettiques (y compris les muscles extraoculaires) et les syst mes endocrinien et m tabolique (y compris le diab te sucr ). D'autres syst mes organiques peuvent tre affect s, notamment les syst mes h matopo tique, r nal, h patique et gastro-intestinal, bien qu'ils soient plus fr quemment impliqu s chez les nourrissons et les enfants. Les mutations de la r gion codante de l'ADNmt pathog ne peuvent affecter l'un des 13 g nes codant pour la prot ine ou l'un des 24 g nes synth |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | tiques de la prot ine. Les manifestations cliniques ne distinguent pas facilement ces deux cat gories, bien que l'acidose lactique et les r sultats pathologiques musculaires aient tendance tre plus importants dans ces derni res. Dans tous les cas, soit une production d'ATP d fectueuse due des perturbations de l'ETC, soit une g n ration accrue de ROS a t invoqu e comme m canisme biochimique m diateur entre la mutation de l'ADNmt et la manifestation de la maladie. La pr sentation clinique des patients adultes atteints d'une maladie ADNmt peut tre divis e en trois cat gories : (1) les caract ristiques cliniques sugg rant une maladie mitochondriale (tableau 85e-2), mais pas un syndrome classique bien d fini ; (2) les syndromes classiques de l'ADNmt ; et (3) la pr sentation clinique limit e un seul syst me organique (par exemple, surdit neurosensorielle isol e, cardiomyopathie ou diab te sucr ). Le tableau 85e-3 fournit un r sum de huit syndromes ou troubles classiques illustratifs de l'ADNmt qui affectent les patients adultes et met en vidence certaines des caract ristiques les plus int ressantes de la maladie de l'ADNmt en termes de pathogen se mol culaire, d'h r dit et de pr sentation clinique. Les cinq premiers de ces syndromes r sultent de mutations ponctuelles h r ditaires dans des g nes d'ADNmt codant pour des prot ines ou synth tiques pour des prot ines ; les trois autres r sultent de r arrangements ou de d l tions qui n'impliquent g n ralement pas la lign e germinale. sont souvent homoplasmiques pour la maladie-85e-5 causant la mutation. L'apparition un peu plus tardive l' ge adulte et l'effet modificateur des haplotypes g nomiques nucl aires de fond protecteurs ont peut- tre permis aux mutations pathog nes homoplasmiques d' chapper la censure volutive. L'enc phalomyopathie mitochondriale, l'acidose lactique et les pisodes de type accident vasculaire c r bral (MELAS) sont des troubles multisyst miques dont l'apparition est typique entre 2 et 10 ans. Apr s un d veloppement psychomoteur pr coce normal, les sympt mes initiaux les plus courants sont les convulsions, les c phal es r currentes, l'anorexie et les vomissements r currents. L'intol rance l'exercice ou la faiblesse des membres proximaux peuvent tre la manifestation initiale, suivie de crises g n ralis es tonico-cloniques. La petite taille est courante. Les convulsions sont souvent associ es des pisodes de type accident vasculaire c r bral de D FICIT transitoire en cytochrome c oxydase (COX) 85e-5 dans l'ADN mitochondrial (ADNmt) h mipar sie ou c cit corticale associ e la maladie. Les coupes transversales de tissus qui ont t color es pour COX et succinate dehy peuvent produire des activit s alt r es de la drog nase de conscience (SDH) s quentiellement, avec des cellules COX-positives montr es en d ficience brune et COX- et peuvent se reproduire. Les r sidus cumul s indiqu s en bleu. A. Muscle squelettique d'un patient pr sentant des effets ual d'ARNt mitochondrial h t roplasmique de la mutation ponctuelle des pisodes de type accident vasculaire c r bral. La section montre un mod le typique de mosa que de l'activit de COX, avec de nombreux muscles alt rant progressivement les capacit s motrices, la vision, les fibres h bergeant des niveaux d'ADNmt mut sup rieurs au seuil crucial pour produire une fonction et une cognition, souvent par le complexe enzymatique tional de l'adolescence. B. Tissu cardiaque (ventricule gauche) d'un patient avec un ARNt homoplasmique ou jeune adulte. Une mutation neurosensorielle qui provoque une cardiomyopathie hypertrophique, qui d montre une absence de COX dans la perte auditive, ajoute la plupart des cellules progressives. C. Une section du cervelet d'un patient pr sentant un r arrangement de l'ADNmt qui met en vidence le d clin de ces personnes. Une pl thore la pr sence de neurones d ficients en COX. D, E. Les tissus pr sentant une d ficience en COX due une expansion clonale de sympt mes moins courants ont t marqu s par des mutations somatiques de l'ADNmt au sein de cellules uniques - un ph nom ne observ la fois dans les cellules myocloniques, ataxiques, mitotiques (D ; muscles extraoculaires) et division rapide (E ; crypte colique) chez les humains vieillissants. coma pisodique, atrophie optique, cardio(Reproduit avec la permission de R Taylor, D Turnbull : Mutations de l'ADN mitochondrial dans les maladies humaines. myopathie, r tinopathie pigmentaire, Nat Rev Genetics 6:389, 2005.) La neuropathie optique h r ditaire (NOHL) de Leber est une cause fr quente d'insuffisance visuelle h r ditaire maternelle. La NOHL se pr sente g n ralement au d but de l' ge adulte avec une perte subaigu et indolore de la vision dans un il, avec des sympt mes se d veloppant dans l'autre il 6 12 semaines apr s l'apparition initiale. Dans certains cas, une ataxie c r belleuse, une neuropathie p riph rique et des d fauts de conduction cardiaque sont observ s. |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | Dans plus de 95 % des cas, la NOHL est due l'une des trois mutations ponctuelles homoplasmiques de l'ADNmt qui affectent les g nes codant pour diff rentes sous-unit s du complexe I des mitochondries, ETC. Cependant, toutes les personnes qui h ritent d'une mutation primaire de l'ADNmt de la NOHL ne d veloppent pas de neuropathie optique, et les hommes sont quatre cinq fois plus susceptibles que les femmes d' tre affect s, ce qui indique que des facteurs environnementaux (par exemple, l'exposition au tabac) ou g n tiques suppl mentaires sont importants dans l' tiologie de la maladie. Les ant c dents g nomiques nucl aires et mitochondriaux modifient la p n tration de la maladie. En effet, une r gion du chromosome X contenant un haplotype haut risque pour la NOHL a t r cemment identifi e, soutenant la formulation selon laquelle les g nes nucl aires agissent comme modificateurs et expliquent la pr valence masculine de la NOHL. Cet haplotype peut tre utilis dans les tests g nomiques pr dictifs et le d pistage pr natal de cette maladie. Contrairement aux autres troubles classiques de l'ADNmt, il est int ressant que les patients atteints de ce syndrome Neurologique : AVC, pilepsie, migraine, neuropathie p riph rique, neuropathie cr nienne (atrophie optique, surdit neurosensorielle, dysphagie, dysphasie) Myopathie squelettique : ophtalmopl gie, intol rance l'exercice, myalgie Cardiaque : bloc de conduction, cardiomyopathie Respiratoire : hypoventilation, pneumopathie d'aspiration Endocrine : diab te sucr , insuffisance ovarienne pr matur e, hypothyro die, hypoparathyro die Ophtalmologique : cataractes, r tinopathie pigmentaire, ophtalmopl gie neurologique et myopathique (atrophie optique, ophtalmopl gie), diab te sucr , hir sutisme, dysmotilit gastro-intestinale et n phropathie. L' ge typique du d c s varie de 10 35 ans, mais certaines personnes vivent dans leur sixi me d cennie. Les infections intercurrentes ou les obstructions intestinales sont souvent les v nements terminaux. Les examens de laboratoire d montrent g n ralement des concentrations lev es de lactate au repos avec une augmentation excessive apr s un exercice mod r . L'imagerie c r brale pendant les pisodes de type accident vasculaire c r bral montre des zones de signal T2 accru, impliquant g n ralement le cerveau post rieur et ne se conformant pas la distribution des art res principales. L' lectrocardiogramme (ECG) peut montrer des signes de cardiomyopathie, de pr -excitation ou de bloc cardiaque incomplet. Les tudes d' lectromyographie et de conduction nerveuse sont compatibles avec un processus myopathique, mais la neuropathie axonale et sensorielle peuvent coexister. La biopsie musculaire montre g n ralement des fibres rouges en lambeaux avec la coloration au trichrome de Gomori modifi e ou fibres bleues en lambeaux r sultant de la r action hyperintense avec la coloration histochimique pour la succinate d shydrog nase. Le diagnostic de MELAS est bas sur une combinaison de r sultats cliniques et de tests g n tiques mol culaires. Les mutations dans le g ne MT-TL1 de l'ADNmt codant pour l'ARNtleu sont causales. La mutation la plus fr quente, pr sente chez environ 80 % des individus pr sentant des r sultats cliniques typiques, est une transition de A G au nucl otide 3243 (m.3243A >G). Les mutations peuvent g n ralement tre d tect es dans l'ADNmt partir de leucocytes chez les personnes atteintes de M LAS typiques ; cependant, la survenue d'une h t roplasmie peut entra ner une distribution tissulaire variable de l'ADNmt mut . En l'absence de traitement sp cifique, diverses manifestations des M LAS sont trait es selon les modalit s standard de pr vention, de surveillance et de traitement. L' pilepsie myoclonique avec fibres rouges en lambeaux (MERRF) est un trouble multisyst mique caract ris par une myoclonie, des convulsions, une ataxie et une myopathie avec fibres rouges en lambeaux. La perte auditive, l'intol rance l'exercice, la neuropathie et la petite taille sont souvent pr sentes. Presque tous les patients atteints de MERRF ont une mutation dans le g ne mtDNA tRNAlys, et la mutation m.8344A>G dans le g ne mtDNA codant pour l'ARNt de l'acide amin lysine est responsable de 80 90 % des cas de MERRF. Abr viations : LCR, liquide c phalo-rachidien ; NARP, neuropathie, ataxie et r tinite pigmentaire. La neuropathie, l'ataxie et la r tinite pigmentaire (NARP) se caract risent par une atrophie c r brale et c r belleuse diffuse mod r e et des l sions sym triques des ganglions basaux l'imagerie par r sonance magn tique (IRM). Une mutation h t roplasmiquem.8993T >G dans le g ne de la sous-unit ATPase 6 a t identifi e comme causale. Les fibres rouges d chiquet es ne sont pas observ es dans la biopsie musculaire. Lorsque >95 % des mol cules d'ADNmt sont mutantes, un tableau clinique, neuroradiologique et neuropathologique plus s v re (syndrome de Leigh) merge. Des mutations ponct |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | uelles dans le g ne de l'ADNmt codant pour l'ARNr 12S entra nent une perte auditive non syndromique h r ditaire. L'une de ces mutations provoque une sensibilit ototoxique h r ditaire aux antibiotiques aminoglycosides, ce qui ouvre la voie un simple test pharmacog n tique dans les milieux cliniques appropri s. Le syndrome de Kearns-Sayre (KSS), l'ophtalmopl gie externe progressive sporadique (PEO) et le syndrome de Pearson sont trois ph notypes de maladie caus s par des r arrangements grande chelle de l'ADNmt, y compris des d l tions partielles ou une duplication partielle. On pense que la majorit des r arrangements uniques grande chelle de l'ADNmt r sultent de l'amplification clonale d'un seul v nement mutationnel sporadique, survenant dans l'ovocyte maternel ou au d but du d veloppement embryonnaire. Parce que l'atteinte de la lign e germinale est rare, la plupart des cas sont sporadiques plut t qu'h r ditaires. KSS se caract rise par la triade d'apparition avant l' ge de 20 ans, l'ophtalmopl gie externe progressive chronique et la r tinopathie pigmentaire. Le syndrome c r belleux, le bloc cardiaque, l'augmentation de la teneur en prot ines du liquide c phalorachidien, le diab te sucr et la petite taille font galement partie du syndrome. Des d l tions/duplications uniques peuvent galement entra ner des ph notypes plus l gers tels que la PEO, caract ris e par une ophtalmopl gie externe progressive apparition tardive, une myopathie proximale et une intol rance l'exercice. Dans les cas de KSS et de PEO, le diab te sucr et la perte auditive sont des accompagnements fr quents. Le syndrome de Pearson est galement caract ris par un diab te sucr d une insuffisance pancr atique, ainsi que par une pancytop nie et une acidose lactique, caus es par la suppression sporadique grande chelle de plusieurs g nes de l'ADNmt. Deux dilemmes importants dans la maladie classique de l'ADNmt ont b n fici d'informations de recherche importantes r centes. La premi re concerne la plus grande implication des manifestations neuronales, musculaires, r nales, h patiques et pancr atiques dans la maladie de l'ADNmt dans ces syndromes. Cette observation a t attribu e de mani re appropri e la forte utilisation d' nergie des tissus et des syst mes d'organes impliqu s et, par cons quent, une plus grande d pendance l'int grit et la sant des mitochondries, ETC. Cependant, comme les mutations sont des v nements stochastiques, des mutations mitochondriales devraient se produire dans n'importe quel organe au cours de l'embryogen se et du d veloppement. R cemment, des explications suppl mentaires ont t sugg r es sur la base d' tudes de la transition commune m.3243A >G. Il a t d montr que la proportion de cette mutation dans les cellules du sang p riph rique diminuait de fa on exponentielle avec l' ge. m.1555A> mutation G dans l'ARNr maternel homoplasmique 12S m.7445A> mutation G dans l'ARNr maternel homoplasmique 12S D l tions ou duplications uniques H t roplasmiques Mutations somatiques principalement sporadiques D l tion importante H t roplasmique Mutations sporadiques et somatiques La d l tion commune de 5 kb H t roplasmique Mutations sporadiques et somatiques Un processus s lectif agissant au niveau des cellules souches avec un fort biais contre la forme mut e aurait son plus grand effet pour r duire l'ADNmt mutant uniquement dans les cellules forte prolif ration, telles que celles d riv es du syst me h matopo tique. Les tissus et organes faible renouvellement cellulaire, tels que ceux impliqu s dans des mutations de l'ADNmt, ne b n ficieraient pas de cet effet et seraient donc les plus touch s. L'autre dilemme d coule de l'observation que seul un sous-ensemble de mutations de l'ADNmt repr sente la majorit des maladies familiales de l'ADNmt. L'apparition al atoire de mutations dans la s quence d'ADNmt devrait donner une distribution plus uniforme des mutations pathog nes. Cependant, des tudes r centes utilisant l'introduction d'une mutation ponctuelle s v re et d'une mutation ponctuelle l g re dans la lign e germinale femelle d'animaux de laboratoire ont d montr l' limination s lective au cours de l'oogen se de la mutation s v re et la r tention s lective de la mutation plus l g re, avec l' mergence d'une maladie mitochondriale chez la prog niture apr s plusieurs g n rations. Ainsi, l'oogen se elle-m me peut agir comme un filtre volutif pour la maladie de l'ADNmt. Les pr sentations cliniques de syndromes classiques, les regroupements de manifestations de la maladie dans plusieurs syst mes d'organes ou les pr sentations isol es inexpliqu es de l'une des caract ristiques de la maladie d'un syndrome d'ADNmt classique devraient d clencher une investigation clinique syst matique comme indiqu dans la Fig. 85e-6. En effet, la maladie mitochondriale doit tre prise en compte dans le diagnostic diff rentiel de tout trouble multisyst mique progressif. Malgr |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | la centralit de la phosphorylation oxydative perturbatrice, un taux lev de lactate sanguin n'est ni sp cifique ni sensible car il existe de nombreuses causes d'acidose lactique sanguine et de nombreux patients pr sentant des anomalies de l'ADNmt l' ge adulte ont un taux normal de lactate sanguin. Un taux lev de lactate dans le liquide c phalorachidien est un test plus sp cifique de la maladie mitochondriale en cas d'atteinte du syst me nerveux central. La cr atine kinase s rique peut tre lev e mais est souvent normale, m me en pr sence d'une myopathie proximale. Les acides organiques et amin s urinaires peuvent galement tre anormaux, refl tant un dysfonctionnement du tubule m tabolique et du tubule proximal du rein. Chaque patient pr sentant des convulsions ou un d clin cognitif doit avoir un lectroenc phalogramme. Une tomodensitom trie c r brale (TDM) peut montrer des ganglions basaux calcifi s ou des r gions hypodenses bilat rales avec atrophie corticale. L'IRM est indiqu e chez les patients pr sentant des signes de tronc c r bral ou des pisodes de type accident vasculaire c r bral. Pour certaines maladies mitochondriales, il est possible d'obtenir un diagnostic pr cis avec un simple d pistage g n tique mol culaire. Par exemple, 95 % des patients atteints de NOHL pr sentent l'une des trois mutations ponctuelles de l'ADNmt (m.11778A >G, m.A3460A >G ou m.14484T>C). Ces patients ont des taux tr s lev s d'ADNmt mut dans les cellules du sang p riph rique, et Sang : cr atine kinase, fonctions h patiques, glucose, lactate Urine : acides organiques et amin s LCR : glucose, prot ines, lactate Radiographie cardiaque, ECG, ECHO EEG, EMG, conduction nerveuse TDM/IRM c r brale Analyse PCR/RFLP du sang pour les mutations connues Syndrome de mutation ponctuelle sp cifique : par exemple, MELAS, MERRF et LHON FIGURE 85e-6 Investigation clinique et de laboratoire d'un trouble suspect de l'ADN mitochondrial (ADNmt). LCR, liquide c phalorachidien ; TDM, tomodensitom trie ; ECG, lectrocardiogramme ; ECHO, chocardiographie ; EEG, lectroenc phalogramme ; EMG, lectromyogramme ; LHON, neuropathie optique h r ditaire de Leber ; MELAS, enc phalomyopathie mitochondriale, acidose lactique et pisodes stoke-like ; MERFF, pilepsie myoclonique avec fibres rouges d chiquet es ; IRM, imagerie par r sonance magn tique ; PCR, r action en cha ne de la polym rase ; RFLP, polymorphisme de la longueur des fragments de restriction. par cons quent, il est appropri d'envoyer un chantillon de sang pour analyse g n tique mol culaire par r action en cha ne par polym rase (PCR) ou polymorphisme de longueur de fragment de restriction. Il en va de m me pour la plupart des patients atteints de MERRF qui pr sentent une mutation ponctuelle du g ne de l'ARNt de la lysine en position 8344. En revanche, les patients pr sentant la mutationm.3243A >G MELAS ont souvent de faibles taux d'ADNmt mut dans le sang. Si la suspicion clinique est suffisamment forte pour justifier une analyse de sang p riph rique, les patients dont le r sultat est n gatif doivent faire l'objet d'une enqu te plus approfondie en effectuant une biopsie du muscle squelettique. L'analyse histochimique de la biopsie musculaire est la pierre angulaire de l'enqu te sur les patients soup onn s d'avoir une maladie mitochondriale. L'analyse histochimique peut montrer une accumulation subsarcolemmale de mitochondries avec l'apparition de fibres rouges en lambeaux. La microscopie lectronique peut montrer des mitochondries anormales avec des inclusions paracristallines. Muscle l'histochimie peut montrer des fibres d ficientes en cytochrome c oxydase (COX), ce qui indique un dysfonctionnement mitochondrial (Fig. 85e-5). Les dosages du complexe de la cha ne respiratoire peuvent galement montrer une fonction enzymatique r duite. L'une ou l'autre de ces deux anomalies confirme la pr sence d'une maladie mitochondriale, suivie d'une analyse g n tique mol culaire approfondie. Des preuves r centes ont fourni des informations importantes sur l'importance de la diaphonie g nomique de l'ADNmt nucl aire et ont fourni un cadre descriptif pour la classification et la compr hension des troubles qui manent des perturbations de cette diaphonie. Bien qu'elles ne soient pas strictement consid r es comme des troubles g n tiques de l'ADNmt, les manifestations chevauchent celles mises en vidence ci-dessus (Fig. 85e-7). La relation entre le degr d'h t roplasmie, la distribution tissulaire de l'ADNmt mutant et le ph notype de la maladie simplifie l'inf rence d'une relation causale claire entre la mutation h t roplasmique et la maladie. l'exception de certaines mutations (par exemple, celles qui causent la plupart des cas de NOHL), la d rive vers l'homoplasme de ces mutations serait normalement emp ch e par la gravit de la phosphorylation oxydative alt r e et la r duction cons quente de l'aptitude la reproduction. Par cons quent, les variants de s quence qui |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | ont atteint l'homoplastie doivent tre neutres en termes d' volution humaine et, par cons quent, utiles uniquement pour suivre l' volution humaine, la d mographie et la migration, comme d crit ci-dessus. Une exception importante est dans le cas d'un ou plusieurs des variants homoplasmiques au niveau de la population, qui d signent l'haplogroupe J de l'ADNmt, et l'interaction avec les mutations de l'ADNmt causant la NOHL. La r duction de la pr dilection pour la maladie sugg re qu'un ou plusieurs des variants de s quence anciens d signant l'haplogroupe J de l'ADNmt semblent att nuer la pr disposition aux maladies d g n ratives, face d'autres facteurs de risque. Il reste d terminer si des interactions pistatiques suppl mentaires entre les haplotypes d'ADNmt au niveau de la population et les probl mes de sant courants seront trouv es. Si de telles influences existent, elles sont plus susceptibles d' tre pertinentes pour les conditions de sant dans les groupes d' ge post-productifs, o les filtres volutifs n'auraient pas eu l'occasion de censurer les effets et les interactions d l t res et o les effets du stress oxydatif peuvent jouer un r le. Bien que beaucoup de choses aient t crites sur les associations possibles entre les variantes communes de l'ADNmt au niveau de la population et les ph notypes de la sant et des maladies humaines ou l'adaptation diff rentes influences environnementales (par exemple, le climat), un mot de prudence s'impose. De nombreuses tudes qui pr tendent montrer de telles associations avec des ph notypes tels que la long vit , la performance athl tique et les maladies m taboliques et neurod g n ratives sont limit es par la petite taille des chantillons, les inexactitudes possibles du g notypage et la possibilit de stratification de la population ou de biais d'ascendance ethnique. tant donn que les haplogroupes d'ADNmt sont si bien r partis le long des lignes phylog ographiques, il est difficile d'exclure la possibilit qu'un haplogroupe pour lequel une association a t trouv e soit simplement un marqueur des diff rences dans Succinyl-CoA synthase (SUCLA2, SUCLG1) FIGURE 85e-7 Troubles associ s aux perturbations de la diaphonie g nomique nucl armitochondriale. Caract ristiques cliniques et g nes associ s aux d l tions multiples de l'ADN mitochondrial (ADNmt), l' puisement de l'ADNmt et aux syndromes d'enc phalomyopathie neurogastro-intestinale mitochondriale. ANT, translocateurs nucl otidiques d'ad nine ; adPEO, ophtalmopl gie externe progressive dominante autosomique ; arPEO, ophtalmopl gie externe progressive r cessive autosomique ; IOSCA, ataxie spinoc r belleuse d'apparition infantile ; SCAE, ataxie spinoc r belleuse et pilepsie. (Reproduit avec la permission de A Spinazzola, M. Zeviani : Disorders from perturbations of nuclear-mitochondrial intergenomic cross-talk. J Intern Med 265:174, 2009.) avec une diff rence soci tale ou environnementale ou avec des fr quences all liques diff rentes d'autres locus g nomiques, qui sont en fait causalement li s au trait h r ditaire ou la maladie d'int r t. La difficult g n rer des mod les cellulaires ou animaux pour tester l'influence fonctionnelle des variants de s quence homoplasmique ( la suite de la polyplo die de l'ADNmt) aggrave encore le d fi. La formulation la plus probable est que le risque conf r par diff rentes mutations homoplasmiques d finissant l'haplogroupe de l'ADNmt pour les maladies courantes d pend du contexte g nomique nucl aire concomitant, ainsi que des influences environnementales. Les progr s dans la minimisation des associations potentiellement trompeuses dans les tudes sur les traits h r ditaires et les maladies de l'ADNmt devraient inclure la garantie d'une taille d' chantillon ad quate pr lev e sur une grande base de recrutement d' chantillons, l'utilisation de contr les soigneusement appari s et la d termination de la structure de la population, et la r alisation d'une analyse qui prend en compte les interactions pistatiques avec d'autres loci g nomiques et facteurs environnementaux. Des tudes sur le vieillissement des humains et des animaux ont montr une corr lation potentiellement importante de l' ge avec l'accumulation de mutations h t rog nes de l'ADNmt, en particulier dans les syst mes d'organes qui subissent le ph notype tissulaire d g n ratif li l' ge le plus important. Le s quen age des mol cules d'ADNmt uniques amplifi es par PCR a d montr une moyenne de deux trois mutations ponctuelles par mol cule chez les sujets g s par rapport aux sujets plus jeunes. Les mutations ponctuelles observ es incluent les responsables de troubles h r ditaires connus de l'ADNmt h t roplasmique, tels que les mutations m.3344A >G et m.3243A > G responsables des syndromes MERRF et MELAS, respectivement. Cependant, il a t observ que la charge cumulative de ces mutations ponctuelles somatiques acquises avec l' ge restait bien inf rieure au seuil attendu pour l'expression ph |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | notypique (<2 %). Il a galement t d montr que les mutations ponctuelles sur d'autres sites qui ne sont pas normalement impliqu s dans les troubles h r ditaires de l'ADNmt s'accumulent des niveaux beaucoup plus lev s dans certains tissus des personnes g es, avec la description de points chauds sp cifiques aux tissus pour les mutations ponctuelles de l'ADNmt. Dans le m me ordre d'id es, une accumulation de d l tions d'ADNmt associ e l' ge et sp cifique aux tissus a t observ e, y compris des d l tions impliqu es dans des troubles h r ditaires connus de l'ADNmt, ainsi que d'autres. L'accumulation de d l tions fonctionnelles d'ADNmt dans un tissu donn devrait tre associ e un dysfonctionnement mitochondrial, comme en t moigne une activit de COX in gale et r duite associ e l' ge sur la coloration histochimique, en particulier dans le muscle squelettique et cardiaque et le cerveau. Un exemple particuli rement bien tudi et potentiellement important est l'accumulation de d l tions d'ADNmt et de d ficience en COX observ es dans les neurones de la substantia nigra chez les patients atteints de la maladie de Parkinson. L'accumulation progressive de ROS a t propos e comme facteur cl reliant les mutations de l'ADNmt au vieillissement et la pathogen se des maladies li es l' ge (Fig. 85e-8). Comme indiqu ci-dessus, les ROS sont un sous-produit de la phosphorylation oxydative et sont limin s en d toxifiant les antioxydants en fractions moins nocives ; cependant, une production exag r e de ROS ou une limination alt r e entra ne leur accumulation. L'ADN est l'une des principales cibles des l sions induites par les ROS, et l'ADNmt est particuli rement vuln rable en raison de son manque d'histones protectrices et de syst mes de r paration des l sions moins efficaces que l'ADN nucl aire. son tour, l'accumulation de mutations de l'ADNmt entra ne une phosphorylation oxydative inefficace, avec le potentiel de production excessive de ROS, g n rant un cercle vicieux de dommages cumulatifs de l'ADNmt. En effet, la mesure du biomarqueur du stress oxydatif 8-hydroxy-2-d soxyguanosine a t utilis e pour mesurer les augmentations d pendantes de l' ge des dommages oxydatifs de l'ADNmt un taux sup rieur celui de l'ADN nucl aire. Il convient de noter que la mutation de l'ADNmt peut galement se produire dans les cellules postmitotiques, car la r plication de l'ADNmt n'est pas synchronis e avec le cycle cellulaire. Deux autres liens propos s entre la mutation de l'ADNmt et le vieillissement, outre les l sions tissulaires m di es par ROS, sont les perturbations de l'efficacit de la phosphorylation oxydative avec une fonction a robie cellulaire perturb e FIGURE 85e-8 Plusieurs voies de dommages et de vieillissement de l'ADN mitochondrial (ADNmt). De multiples facteurs peuvent affecter l'int grit des mitochondries et entra ner une perte de la fonction cellulaire, l'apoptose et le vieillissement. La voie classique est indiqu e par des fl ches bleues ; la g n ration d'esp ces r actives de l'oxyg ne (ROS ; anion superoxyde, peroxyde d'hydrog ne et radicaux hydroxyle), en tant que sous-produit de la phosphorylation oxydative mitochondriale, entra ne des dommages aux macromol cules mitochondriales, y compris l'ADNmt, ce dernier conduisant des mutations d l t res. Lorsque ces facteurs endommagent l'appareil g n rateur d' nergie mitochondriale au-del d'un seuil fonctionnel, des prot ines sont lib r es des mitochondries qui activent la voie des caspases, entra nant l'apoptose, la mort cellulaire et le vieillissement. (Reproduit avec la permission de L Loeb et al : The mitochondrial theory of aging and its relationship to reactive oxygen species damage and somatic mtDNA mutations. Proc Natl Acad Sci USA 102:18769, 2005.) et des perturbations dans les voies apoptotiques, dont les tapes d'ex cution impliquent une activit mitochondriale. Les tudes d'intervention g n tique dans des mod les animaux ont cherch clarifier la relation causale potentielle entre la mutation acquise de l'ADNmt somatique et le ph notype vieillissant, et le r le des ROS en particulier. La r plication du g nome mitochondrial est m di e par l'activit du g ne gamma de la polym rase cod e par le noyau. Une mutation transg nique homozygote induite par la souris de ce g ne rend l'enzyme polym rase d ficiente en relecture et entra ne une multiplication par cinq du taux de mutation de l'ADNmt. Ces souris d veloppent un ph notype de vieillissement pr matur , qui comprend la lipoatrophie sous-cutan e, l'alop cie, la cyphonie et la perte de poids avec une mort pr matur e. Bien que la d couverte d'une mutation accrue de l'ADNmt et d'un dysfonctionnement mitochondrial avec l' ge ait t solidement tablie, le r le causal et la contribution sp cifique des ROS mitochondriaux au vieillissement et aux maladies li es l' ge chez l'homme n'ont pas encore t prouv s. De m me, bien que de nombreuses tumeurs pr sentent des niveaux plus |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | lev s de mutations h t rog nes de l'ADNmt, une relation de cause effet avec la tumorigen se n'a pas t prouv e. Outre l'accumulation acquise d pendante de l' ge dans les cellules somatiques de mutations et de d l tions ponctuelles h t rog nes, un effet tout fait diff rent de la mutation de l'ADNmt non h r ditaire et acquise a t d crit affectant les cellules souches tissulaires. En particulier, des ph notypes de maladie attribu s une mutation acquise de l'ADNmt ont t observ s dans des cas sporadiques et apparemment non familiaux impliquant un seul individu ou m me un tissu, g n ralement un muscle squelettique. La pr sentation se compose d'une diminution de la tol rance l'exercice et de myalgies, voluant parfois vers une rhabdomyolyse. Comme dans le cas de la d l tion sporadique, h t roplastique et grande chelle, des syndromes classiques de la PEO chronique, du syndrome de Pearson et du KSS, l'absence d'un sch ma h r ditaire maternel, ainsi que la d couverte d'une distribution tissulaire limit e, sugg rent un m canisme pathog ne mol culaire manant de mutations survenant de novo dans les cellules souches musculaires apr s la diff renciation germinale (mutations somatiques qui ne sont pas sporadiques et se produisent dans les cellules souches sp cifiques aux tissus au cours du d veloppement f tal ou au stade de l'entretien postnatal ou de la r paration post-traumatique). De telles mutations ne devraient se propager qu'au sein de la descendance de cette cellule souche et affecter un tissu particulier chez un individu donn , sans preuve d'h ritabilit . Aucun traitement curatif sp cifique pour les troubles de l'ADNmt n'est actuellement disponible ; par cons quent, la prise en charge de la maladie mitochondriale est largement favorable. Les probl mes de prise en charge peuvent inclure le diagnostic et le traitement pr coces du diab te sucr , la stimulation cardiaque, la correction du ptosis et le remplacement de la lentille intraoculaire pour les cataractes. Les interventions moins sp cifiques dans le cas d'autres troubles impliquent des strat gies de traitement combin es comprenant une intervention alimentaire et l' limination des m tabolites toxiques. Les cofacteurs et les suppl ments vitaminiques sont largement utilis s dans le traitement des maladies de la phosphorylation oxydative mitochondriale, bien qu'il y ait peu de preuves, en dehors de rapports anecdotiques, pour soutenir leur utilisation. Cela comprend l'administration d'accepteurs d' lectrons artificiels, y compris la vitamine K3, la vitamine C et l'ubiquinone (coenzyme Q10) ; l'administration de cofacteurs (coenzymes), y compris la riboflavine, la carnitine et la cr atine ; et l'utilisation de pi geurs de radicaux oxyg ne, tels que la vitamine E, le cuivre, le s l nium, l'ubiquinone et l'id b none. Les m dicaments qui pourraient interf rer avec la fonction mitochondriale, tels que l'agent anesth sique propofol, les barbituriques et de fortes doses de valproate, doivent tre vit s. La suppl mentation avec le substrat de l'oxyde nitrique synthase, la L-arginine, a t pr conis e comme traitement vasodilatateur pendant les pisodes de type accident vasculaire c r bral. Le m decin doit galement tre familier avec les interactions environnementales, telles que l'association forte et coh rente entre la perte de vision dans la NOHL et le tabagisme. Une p n tration clinique de 93 % a t observ e chez les hommes qui fumaient. Il faut donc fortement conseiller aux porteurs asymptomatiques d'une mutation de l'ADNmt de la NOHL de ne pas fumer et de mod rer leur consommation d'alcool. Bien qu'elles ne soient pas un rem de, ces interventions pourraient viter les manifestations cliniques d vastatrices de la mutation de la NOHL. Un autre exemple est l'avodiance stricte des aminoglycosides dans le syndrome familial de sensibilit ototoxique aux aminoglycosides en pr sence de la mutation m.1555A>G de l'ADNmt du g ne codant l'ARNr12S. CONSEIL G N TIQUE, DIAGNOSTIC PR NATAL ET DIAGNOSTIC G N TIQUE PR IMPLANTATOIRE DANS LES TROUBLES DE L'ADNMT La fourniture de conseils g n tiques pr cis et d'options reproductives aux familles pr sentant des mutations de l'ADNmt est difficile en raison des caract ristiques g n tiques uniques de l'h ritage de l'ADNmt qui le distinguent de la g n tique mend lienne. Les d fauts de l'ADNmt sont transmis par l'h ritage maternel. Les mutations de novo de l'ADNmt sont souvent de grandes d l tions, affectent un membre de la famille et ne repr sentent g n ralement aucun risque significatif pour les autres membres de la famille. En revanche, des mutations ponctuelles ou des duplications de l'ADNmt peuvent tre transmises par la lign e maternelle. En cons quence, le p re d'un individu affect n'a aucun risque d'h berger la mutation causant la maladie, et un homme ne peut pas transmettre la mutation de l'ADNmt sa prog niture. En revanche, la m re d'un individu affect porte g n ralement la m me mutation, mais pe |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | ut tre compl tement asymptomatique. Cette grande variabilit ph notypique est principalement li e aux ph nom nes d'h t roplasmie et de charge de mutation port s par diff rents membres d'une m me famille. Par cons quent, une femme symptomatique ou asymptomatique portant une mutation pathog ne dans un tat h t roplasmique transmettra sa prog niture des quantit s variables des mol cules d'ADNmt mutantes. La prog niture sera symptomatique ou asymptomatique principalement en fonction de la charge mutante transmise par l'ovocyte et, dans une certaine mesure, de la s gr gation mitotique ult rieure au cours du d veloppement. Les interactions avec l'haplotype de l'ADNmt ou le g nome humain nucl aire (comme dans le cas de la NOHL) constituent un d terminant important suppl mentaire de la p n tration de la maladie. Parce que la gravit du ph notype de la maladie associ la charge de mutation h t roplasmique est une fonction de la s gr gation diff rentielle stochastique et du nombre de copies 85e-9 de l'ADNmt mutant pendant le goulot d' tranglement de l'oogen se et, par la suite, apr s le d veloppement des tissus et des organes chez la prog niture, elle est rarement pr visible avec un quelconque degr de pr cision. Pour cette raison, le diagnostic pr natal (DPN) et les techniques de DPI qui sont devenues des normes de pratique int grales et bien accept es sont gravement entrav es dans le cas des maladies li es l'ADNmt. La valeur du PND et du PGD est limit e, en partie en raison de l'absence de donn es sur les r gles qui r gissent la s gr gation des esp ces d'ADNmt de type sauvage et mutant (h t roplasmie) dans les tissus de l'embryon en d veloppement. Trois facteurs sont n cessaires pour assurer la fiabilit du PND et du PGD : (1) une corr lation troite entre la charge mutante et la gravit de la maladie, (2) une distribution uniforme de la charge mutante entre les tissus et (3) aucun changement majeur de la charge mutante avec le temps. Il est sugg r que ces crit res sont remplis pour la mutation NARP m.8993T>G mais ne semblent pas s'appliquer d'autres troubles de l'ADNmt. En fait, le niveau d'ADNmt mutant dans un chantillon de villosit s choriales ou de liquide amniotique peut tre tr s diff rent du niveau chez le f tus, et il serait difficile de d duire si la charge mutationnelle dans les chantillons pr natals fournit des informations cliniquement utiles concernant l' tat postnatal et adulte. tant donn que les options de traitement pour les patients atteints d'une maladie mitochondriale sont plut t limit es, des interventions pr ventives qui liminent la probabilit de transmission de l'ADNmt affect la prog niture sont souhaitables. Le manque d'utilit des techniques PND et PGD pour diagnostiquer et pr dire de mani re fiable les troubles mitochondriaux au stade pr implantatoire des produits de conception a entra n la recherche d'approches pr ventives alternatives pour le m me probl me. Une approche possible pour diluer ou m me liminer compl tement l'ADNmt mutant n'est applicable que dans l' tat embryonnaire le plus pr coce et repr sente en effet une forme de th rapie pr ventive germinale (Fig. 85e-9). Cette possibilit a t explor e en utilisant des techniques alternatives de procr ation assist e telles que le transfert ooplasmique (OT), le transfert de chromosomes en m taphase (CT), le transfert pronucl aire (PNT) et le transfert de v sicules germinales (GVT) dans des mod les animaux et, dans une certaine mesure, chez l'homme. L'OT est une technique dans laquelle un certain volume (5-15 %) de cytoplasme d'ovocyte de donneur sain avec des mitochondries normales est inject dans l'ovocyte du patient contenant des mitochondries mut es. Le raisonnement derri re l'OT est de compl ter l'ovocyte du patient avec des facteurs cytoplasmiques non compromis tels que l'ADNmt, l'ARNm, les prot ines et d'autres mol cules en injectant du cytoplasme partir d'ovocytes sains. Dans le VCN, apr s la f condation, les pronucl i du zygote d'un patient sont enlev s avec un cytoplasme ( caryoplaste ). Le caryoplaste est transf r dans l'espace p rivitellin d'un zygote donn , qui a d j t nucl . Le caryoplaste est ensuite fusionn avec le zygote nucl par des impulsions lectriques ou des virus Sendai inactiv s (HVJ). Le zygote reconstruit contient un noyau du patient (ADN nucl aire du patient) et du cytoplasme du donneur. Ainsi, la majorit de l'ADNmt du patient est remplac e par l'ADNmt de l'ovocyte du donneur. Dans la tomodensitom trie, le stade de la m iose II de la maturation des ovocytes offre la possibilit de reconstruire des ovocytes avec diff rents composants nucl aires et cytoplasmiques avant que la f condation n'ait lieu. Les ovocytes reconstruits par transfert chromosomique en m taphase sont ensuite f cond s pour produire des embryons avec les haplotypes d'ADNmt souhait s. Dans la GVT, le remplacement du cytoplasme compromis par un cytoplasme sain par transfert de v sicule germinale avant |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | le d but de la s gr gation chromosomique est effectu . Ces approches n'ont pas encore rencontr un succ s clinique largement rapport , mais il y a place l'optimisme. Comme indiqu ci-dessus, l'analyse des mod les d'h t roplasmie et d'h r dit indique que m me une faible augmentation du nombre de copies d'ADNmt non mutant peut d passer le seuil requis pour am liorer une maladie clinique grave. Toutes les approches d crites ci-dessus sont prometteuses pour atteindre cet objectif et r duire ainsi le fardeau de la maladie clinique de l'ADNmt l'avenir. Transfert nucl aire dans des ovocytes donn s en pr implantation : le diagnostic g n tique une possibilit future ? Ovocytes de la m re f cond s avec FIGURE 85e-9 Approches possibles pour la pr vention de la maladie de l'ADN mitochondrial (ADNmt). A. Aucune intervention : la charge d'ADNmt mutant de la prog niture variera consid rablement. B. Don d'ovocytes : actuellement autoris dans certaines circonscriptions, mais limit par la disponibilit des donneurs d'ovocytes. C. Diagnostic g n tique pr implantatoire : disponible pour certaines maladies de l'ADNmt (fiable pour d terminer le risque d'haplotype g nomique nucl aire de fond). D. Transfert nucl aire : stade de recherche, y compris les tudes initiales chez les primates non humains. Le rouge repr sente l'ADNmt mutant, le rose et le blanc repr sentent successivement des proportions plus lev es d'ADNmt normal. Le bleu repr sente le mat riel g n tique d'un donneur non apparent . (Adapt avec la permission de J Poulton et al : Preventing transmission of maternally inherited mitochondrial DNA diseases. Br Med J 338 :b94, 2009.) et la pr vention. Les termes cl s utilis s dans la discussion du biome micro-86e-1 humain sont d finis dans le tableau 86e-1. Microbiome humain Nous sommes des holobiontes - des collections de cellules humaines et microbiennes que 86e Jeffrey I. Gordon, Rob Knight fonctionnent ensemble dans une symbiose labor e. Effectif cumul Les technologies qui nous ont permis de d chiffrer le g nome humain ont r volutionn notre capacit d limiter la composition et les fonctions des communaut s microbiennes qui colonisent nos corps et composent notre microbiote. Chaque habitat du corps, y compris la peau, le nez, la bouche, les voies respiratoires, le tractus gastro-intestinal et le vagin, abrite une communaut distincte de microbes. Les efforts pour comprendre notre microbiote et sa collection de g nes microbiens (notre microbiome) changent notre vision du soi et approfondissent notre compr hension de nombreuses caract ristiques physiologiques, m taboliques et immunologiques normales et de leurs variations interpersonnelles et intrapersonnelles. En outre, ce domaine de recherche commence fournir de nouvelles informations sur des maladies dont on ne savait pas auparavant qu'elles avaient des contributeurs microbiens et sugg re de nouvelles strat gies pour le traitement des cellules microbiennes dans notre microbiote qui d passent jusqu' 10 fois le nombre de cellules humaines dans notre corps adulte, et on estime que chaque adulte en bonne sant abrite 105 106 g nes microbiens, contrairement ~20 000 g nes Homo sapiens. Les membres de notre microbiote peuvent fonctionner comme des mutualistes (c'est- -dire que l'h te et le microbe b n ficient l'un de l'autre de la pr sence de l'autre), comme des commensaux (un partenaire b n ficie ; l'autre n'est apparemment pas affect ) et comme des agents pathog nes potentiels ou manifestes (un partenaire b n ficie ; l'autre est bless ). De nombreux cliniciens consid rent les agents pathog nes comme des esp ces ou des souches microbiennes individuelles qui peuvent provoquer des maladies chez les h tes sensibles. Un point de vue mergent, plus cologique, est que les agents pathog nes ne fonctionnent pas isol ment ; leur invasion, leur mergence et leurs effets sur l'h te refl tent plut t les interactions avec les autres membres d'un microbiote. Une vue encore plus large est que plusieurs organismes dans une communaut conspirent pour Ind pendant de la culture Un type d'analyse dans lequel la culture de microbes n'est pas n cessaire, mais plut t des informations sont extraites directement partir d' chantillons d'analyse environnementale Diversit (la diversit alpha et Alpha mesure le nombre effectif d'esp ces (types d'organismes) au niveau des habitats, des sites ou des chantillons individuels. B ta b ta) la diversit mesure les diff rences dans le nombre de types d'organismes entre les habitats, les sites ou les chantillons. Domaines de la vie Les trois principales branches de la vie sur Terre : l'eucarya (y compris les humains), les bact ries et les arch es Dysbiose Toute affection d l t re r sultant d'une aberration structurelle et/ou fonctionnelle dans une ou plusieurs communaut s microbiennes de l'organisme h te Gnotobiotiques L' levage des animaux dans des conditions st riles (sans germes |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | ). Ces animaux peuvent ensuite tre colonis s divers stades du cycle de vie avec des collections d finies de microbes. Holobionte Entit biologique constitu e d'un h te et de tous ses symbiotes internes et externes, de leurs r pertoires de g nes et de leurs fonctions Microbiome humain En cologie, le biome fait r f rence un habitat et aux organismes qui s'y trouvent. En ce sens, le microbiome humain serait d fini comme la collection de micro-organismes associ s au corps humain. Cependant, le terme microbiome est galement utilis pour d signer les g nomes et les g nes collectifs pr sents dans les membres d'un microbiote donn (voir Microbiote ci-dessous), et le m tag nome humain est la somme du g nome humain et des g nes microbiens (microbiome). Un microbiome humain de base est d fini comme tout ce qui est partag dans un habitat corporel donn entre la totalit ou la grande majorit des microbiomes humains. Un microbiome central peut comprendre un ensemble commun de g nomes et de g nes codant pour diverses familles de prot ines et/ou capacit s m taboliques. Les g nes microbiens qui sont repr sent s de mani re variable chez diff rents humains peuvent contribuer des ph notypes physiologiques/m taboliques distinctifs. M tag nomique Un domaine mergent englobant des tudes ind pendantes de la culture sur les structures et les fonctions des communaut s microbiennes ainsi que sur les interactions de ces communaut s avec les habitats qu'elles occupent. La m tag nomique comprend (1) le s quen age au fusil de chasse de l'ADN microbien isol directement d'un environnement donn et (2) le criblage haut d bit de biblioth ques d'expression construites partir d'ADN communautaire clon pour identifier des fonctions sp cifiques telles que la r sistance aux antibiotiques (m tag nomique fonctionnelle). Les analyses au niveau de l'ADN fournissent la base pour le profilage des ARNm et des prot ines produites par un microbiome (m tatranscriptomique et m taprot omique) et pour l'identification du r seau m tabolique d'une communaut (m tam tabolomique). Suivi des sources microbiennes Un ensemble de m thodes pour valuer les environnements d'origine des microbes. Une m thode, SourceTracker, utilise une approche bay sienne pour identifier les origines de chaque taxon bact rien et estime les proportions de chaque communaut compos e de bact ries provenant de diff rents environnements. Microbiote Une communaut microbienne - y compris les bact ries, les arch es, les eucaryums et les virus - qui occupe un habitat donn Pan-g nome Le groupe de g nes trouv s dans les g nomes qui composent un phylotype microbien donn , comprenant la fois les g nes de base trouv s dans tous les g nomes et les g nes repr sent s de mani re variable trouv s dans un sous-ensemble de g nomes dans le phylotype Analyse phylog n tique Caract risation des relations volutives entre les organismes et leurs produits g niques Arbre phylog n tique Un arbre dans lequel les organismes sont repr sent s en fonction de leurs relations avec des anc tres communs hypoth tiques. Lorsqu'elles sont construites partir de s quences mol culaires, les longueurs des branches sont proportionnelles la quantit de changement volutif s parant chaque paire anc tre-descendant. Phylotype Un groupe phylog n tique de microbes, actuellement d fini par un pourcentage seuil d'identit partag entre leurs g nes d'ARNr de petite sous-unit (par exemple, 97 % pour un phylotype au niveau de l'esp ce) Coordonn es principales M thode d'ordination pour visualiser des donn es multivari es bas es sur la similitude/dissimilitude des entit s mesur es (par exemple, analyse de visualisation des communaut s bact riennes en fonction de leurs distances UniFrac ; voir UniFrac ci-dessous) L'analyse des for ts al atoires/apprentissage automatique est un ensemble d'approches qui permettent un ordinateur d'apprendre sans tre explicitement programm . L'apprentissage automatique Random Forests est une m thode d'apprentissage automatique pour la classification et la r gression qui utilise plusieurs arbres de d cision au cours d'une tape de formation. Rarefaction Une proc dure dans laquelle le sous- chantillonnage est utilis pour valuer si toute la diversit pr sente dans un chantillon ou un ensemble d' chantillons donn a t observ e une profondeur d' chantillonnage donn e et pour extrapoler combien d' chantillonnage suppl mentaire serait n cessaire pour observer toute la diversit R silience Capacit d'une communaut revenir son tat initial apr s une perturbation S quen age au fusil de chasse M thode de s quen age de grandes r gions d'ADN ou de collections de r gions par fragmentation de l'ADN et s quen age des sections plus petites r sultantes Succession (primaire et succession (dans un contexte cologique) fait r f rence aux changements dans la structure d'une communaut au fil du temps. La succession primaire d c |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | rit la s quence secondaire des colonisations et des extinctions qui se produisent dans un nouvel habitat. La succession secondaire fait r f rence aux changements dans la structure de la communaut apr s une perturbation. UniFrac Une mesure de la dissemblance phylog n tique entre deux communaut s, calcul e comme la proportion non partag e de l'arbre phylog n tique contenant tous les organismes pr sents dans l'une ou l'autre communaut Chapitre 86e Le Microbiome Humain produit des effets pathog nes dans certains contextes h tes et environnementaux (une communaut pathologique). La capacit de caract riser les communaut s microbiennes sans cultiver leurs membres constitutifs a donn naissance au domaine de la m tag nomique (Tableau 86e-1). La m tag nomique refl te une confluence d'avanc es exp rimentales et computationnelles dans les sciences du g nome ainsi qu'une compr hension plus cologique de la microbiologie m dicale, selon laquelle les fonctions d'un microbe donn et son impact sur la biologie humaine d pendent du contexte d'autres microbes de la m me communaut . La microbiologie traditionnelle repose sur la culture de microbes individuels, mais la m tag nomique ignore cette tape, au lieu de s quencer l'ADN isol directement d'une communaut microbienne donn e. Les ensembles de donn es r sultants facilitent les tudes fonctionnelles de suivi, telles que le profilage des produits ARN et prot iques exprim s partir du microbiome ou la caract risation des activit s m taboliques d'une communaut microbienne. La m tag nomique donne un aper u de la fa on dont les communaut s microbiennes varient dans plusieurs situations critiques pour la sant humaine. L'une de ces situations est la fa on dont les communaut s microbiennes sont assembl es apr s la naissance et comment elles fonctionnent au fil du temps, y compris les r ponses des communaut s tablies diverses perturbations. Une autre est la fa on dont les communaut s microbiennes varient normalement entre diff rents sites anatomiques au sein d'un individu et entre diff rents groupes de personnes repr sentant diff rents ges, tats physiologiques, modes de vie, g ographies et sexes. Une autre question est de savoir comment les communaut s microbiennes varient dans la maladie ; si ces variations sont coh rentes entre les individus regroup s selon les crit res actuels d'une maladie ou de ses sous-types ; si le microbiote ou le microbiome fournit de nouvelles fa ons de classer les tats pathologiques ; et, surtout, si les configurations structurelles et fonctionnelles des communaut s microbiennes sont une cause ou une cons quence de la maladie. L'analyse de nos microbiomes r pond galement l'une des questions les plus fondamentales de la g n tique : comment l'environnement s lectionne-t-il nos g nes et influence-t-il directement leur fonction ? Chaque tre humain rencontre un environnement unique au cours de sa vie. Une partie de cet environnement personnellement exp riment est incorpor e dans les g nes et les capacit s de nos communaut s microbiennes. Le microbiome largit donc notre conceptualisation du potentiel g n tique humain d'un seul ensemble de g nes fixes la naissance un microbiome avec des g nes et des capacit s suppl mentaires acquis via un processus influenc par nos exp riences familiales et de vie, y compris des choix de mode de vie modifiables tels que l'alimentation. Ce point de vue reconna t une dimension pr c demment sous-estim e de l' volution humaine qui se produit au niveau de nos microbiomes et nous inspire d terminer comment et quelle vitesse cette volution microbienne affecte les changements dans notre biologie humaine. Par exemple, l'occidentalisation est associ e une perte de diversit (richesse) des esp ces bact riennes dans le microbiote, et cette perte peut tre associ e la suite de maladies occidentales. L' tude de nos microbiomes soul ve galement d'importantes questions sur l'identit personnelle, la fa on dont nous d finissons les origines des disparit s en mati re de sant et la vie priv e. En outre, il offre la possibilit d'approches enti rement nouvelles en mati re de pr vention et de traitement des maladies, y compris la m decine r g n rative, qui implique l'administration d'esp ces microbiennes (probiotiques) des individus h bergeant des communaut s qui ne sont pas devenues matures et pleinement fonctionnelles ou qui ont t perturb es d'une mani re qui peut tre restaur e par l'ajout d'esp ces qui occupent des emplois inoccup s (niches). Ce chapitre donne un aper u g n ral de la fa on dont les communaut s microbiennes humaines sont analys es ; passe en revue les principes cologiques qui guident notre compr hension des communaut s microbiennes dans la sant et la maladie ; r sume les tudes r centes qui tablissent des corr lations et, dans certains cas, des relations de cause effet entre notre microbiote/microbiomes et diverses maladies ; et discute des d fis renco |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | ntr s dans la traduction de ces r sultats en nouvelles interventions th rapeutiques. La vie sur Terre a t class e en trois domaines : les bact ries, les arch es et les eucaryotes. Les habitats du corps humain expos en surface abritent des membres de chaque domaine ainsi que leurs virus. En grande partie, la diversit microbienne n'a pas t caract ris e par des approches bas es sur la culture, en partie parce que nous ne savons pas comment recr er le milieu m tabolique fa onn par ces communaut s dans leurs habitats naturels et en partie parce que quelques organismes ont tendance d passer les autres. Les m thodes ind pendantes de la culture identifient facilement les organismes pr sents dans un microbiote et leur abondance relative. Le g ne largement utilis pour identifier les microbes et leurs relations volutives code pour la composante ARN majeure de la petite sous-unit (SSU) des ribosomes. Dans chaque domaine de la vie, le g ne SSU est hautement conserv , ce qui permet d'aligner avec pr cision les s quences du g ne SSU pr sentes dans diff rents organismes de ce domaine et d'identifier les r gions de variation de la s quence nucl otidique. Les comparaisons par paires des g nes de l'ARN ribosomique SSU (ARNr) de diff rents microbes permettent la construction d'un arbre phylog n tique qui repr sente une carte volutive sur laquelle des organismes auparavant inconnus peuvent se voir attribuer une position. Cette approche, connue sous le nom de phylog n tique mol culaire, permet de caract riser chaque organisme sur la base de sa distance volutive par rapport aux autres organismes. Diff rents types phylog n tiques (phylotypes) peuvent tre consid r s comme comprenant des branches sur un arbre volutif. Caract risation des bact ries Parce que les membres des bact ries dominent notre microbiote, la plupart des tudes d finissant nos diff rentes communaut s microbiennes associ es l'habitat corporel ont s quenc le g ne bact rien SSU qui code pour l'ARNr 16S. Ce g ne a une structure en mosa que, avec des domaines hautement conserv s flanquant des r gions plus variables. Le moyen le plus simple d'identifier les groupes taxonomiques bact riens (taxons) dans une communaut donn e consiste s quencer les produits de r action en cha ne par polym rase (PCR) (amplicons) g n r s partir des g nes d'ARNr 16S pr sents dans cette communaut . Les amorces PCR dirig es vers les r gions conserv es du g ne produisent des amplicons PCR englobant une ou plusieurs des neuf r gions variables de ce g ne. La conception d'amorces PCR est essentielle : le recuit diff rentiel avec des paires d'amorces con ues pour amplifier diff rentes r gions variables peut conduire une surrepr sentation ou une sous-repr sentation de taxons sp cifiques, et diff rentes r gions du g ne de l'ARNr 16S peuvent avoir diff rents mod les d' volution. Par cons quent, il faut faire preuve de prudence dans les comparaisons de l'abondance relative des taxons dans les chantillons caract ris s dans diff rentes tudes, car les diff rences m thodologiques peuvent conduire des diff rences per ues dans la taxonomie inf r e plus importantes qu'il n'en existe r ellement. Une innovation cl est le s quen age multiplex. Les amplicons de chaque chantillon d'ADN de la communaut microbienne sont marqu s par incorporation d'un code-barres oligonucl otidique unique dans l'amorce PCR. Les amplicons abritant ces codes-barres sp cifiques aux chantillons peuvent ensuite tre regroup s afin que plusieurs chantillons repr sentant plusieurs communaut s puissent tre s quenc s simultan ment (Fig. 86e-1). Un choix important est le compromis entre le nombre d' chantillons pouvant tre trait s simultan ment et le nombre de s quences g n r es par chantillon. Les diff rences interpersonnelles dans les composants bact riens du microbiote sont g n ralement importantes, tout comme les diff rences entre les communaut s occupant diff rents habitats corporels chez le m me individu (voir ci-dessous) ; ainsi, moins de 1000 lectures d'ARNr 16S sont typiquement n cessaires pour discriminer le type de communaut . Cependant, l'identification des diff rences syst matiques dans la composition du microbiote qui sont en corr lation avec l' tat physiologique ou l' tat pathologique est confondue par la variation interpersonnelle substantielle qui se produit normalement. Le s quen age des g nes d'ARNr 16S bact riens cr e un d fi pour la microbiologie m dicale : comment d finir les groupes taxonomiques pr sents dans une communaut de mani re syst matique et informative, afin qu'une communaut puisse tre compar e et contrast e avec une autre. Dans chaque domaine de la vie, les microbes sont class s dans une hi rarchie commen ant par le phylum (le groupe le plus large) suivi de la classe, de l'ordre, de la famille, du genre et de l'esp ce. Pour d terminer la taxonomie, les s quences d'ARNr 16S sont align es sur la base de leur similarit de s quence - un processus connu sous |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | le nom de s lection d'unit s taxonomiques op rationnelles (OTU). |||UNTRANSLATED_CONTENT_START|||Grouping of 16S rRNA sequences from a given variable region into bins that share 97% nucleotide sequence identity (97%ID OTUs) is a commonly accepted, albeit arbitrary, way to define a species.|||UNTRANSLATED_CONTENT_END||| En regardant au-del du g ne de l'ARNr 16S, nous constatons que diff rents isolats (souches) d'une esp ce bact rienne donn e ont des ensembles de g nes qui se chevauchent mais pas identiques dans leurs g nomes. L'ensemble des g nes identifi s dans tous les isolats (souches) d'un phylotype donn au niveau de l'esp ce repr sente son pan-g nome. La plupart des esp ces sont repr sent es par plusieurs souches, parfois avec des fonctions nettement diff rentes (par exemple, R gion variable Communaut 1 2 3 Aligner les s quences, bin dans les OTU et inf rer la phylog nie en pla ant les OTU sur un arbre phylog n tique de r f rence principal Analyse UniFrac chantillons de grappes bas s sur les distances UniFrac calcul es partir de (iii), Chapitre 86e Le Microbiome Humain (i) (ii) (iii) De3 apprentissage automatique, identification des caract ristiques, etc. PC2 PC1 1 2 FIGURE 86E-1 Pipeline pour les tudes ind pendantes de la culture d'un microbiote. (A) L'ADN est extrait directement d'une communaut microbienne associ e l'habitat du corps humain chantillonn e. L'emplacement pr cis de la communaut et les donn es cliniques pertinentes des patients sont collect s. La r action en cha ne par polym rase (PCR) est utilis e pour amplifier des parties de g nes d'ARNr de petite sous-unit (SSU) (par exemple, les g nes codant pour l'ARNr bact rien 16S) contenant une ou plusieurs r gions variables. Les amorces avec des codes barres correcteurs d'erreurs sp cifiques l' chantillon sont con ues pour reconna tre les r gions les plus conserv es du g ne de l'ARNr 16S qui flanquent la ou les r gions variables cibl es. (B) Les amplicons code-barres provenant de plusieurs chantillons (communaut s 1 3) sont regroup s et s quenc s par lots dans un s quenceur d'ADN de nouvelle g n ration hautement parall le. (C) Les lectures r sultantes sont ensuite trait es, avec des codes-barres indiquant de quel chantillon provient la s quence. Une fois les s quences de codes barres retir es in silico, les lectures sont align es et regroup es selon un niveau sp cifi d'identit partag e ; par exemple, les s quences qui partagent 97 % d'identit de s quence nucl otidique sont consid r es comme repr sentant une esp ce. Une fois que les lectures sont regroup es dans des unit s taxonomiques op rationnelles (OTU) de cette mani re, elles sont plac es sur un arbre phylog n tique de toutes les bact ries connues et leur phylog nie est d duite. (D) Les communaut s peuvent tre compar es les unes aux autres soit par des m thodes bas es sur les taxons, dans lesquelles la phylog nie n'est pas prise en compte et le nombre de taxons partag s est simplement not , soit par des m thodes phylog n tiques, dans lesquelles la similitude des communaut s est consid r e la lumi re des relations volutives des membres de la communaut . La m trique UniFrac est couramment utilis e pour les comparaisons bas es sur la phylog nie. Dans les exemples stylis s (i), (ii) et (iii), les communaut s pr sentant diff rents degr s de similitude sont pr sent es. Chaque cercle repr sente une OTU color e sur la base de sa communaut d'origine et plac e sur un arbre phylog n tique ma tre qui comprend toutes les lign es de toutes les communaut s. Les branches (lignes horizontales) sont color es avec chaque communaut qui contient des membres de cette branche. Les trois exemples varient en termes de longueur de branche partag e entre les OTU de chaque communaut . En (i), il n'y a pas de longueur de branche partag e, et donc les trois communaut s ont un score de similitude de 0. En (ii), les communaut s sont identiques et un score de similitude de 1 est attribu . En (iii), il existe un niveau interm diaire de similitude : les communaut s repr sent es en rouge et en vert partagent plus de longueur de branche et ont donc un score de similitude plus lev que le rouge par rapport au bleu ou le vert par rapport au bleu. La quantit de longueur de branche partag e dans chaque comparaison de communaut par paire fournit une matrice de distance. (E) Les r sultats des matrices de distance bas es sur la phylog nie des taxons peuvent tre affich s par analyse des coordonn es principales (PCoA), qui trace chaque communaut spatialement de sorte que la plus grande composante de variance soit captur e sur l'axe des abscisses (PC1) et que la deuxi me plus grande composante de variance soit affich e sur l'axe des ordonn es (PC2). Dans l'exemple illustr , les trois communaut s de l'exemple (iii) du panel D sont compar es. Notez que pour le s quen age au fusil de chasse de l'ADN de l'ensemble de la communaut (analyse du microbiome), les lectures sont compar e |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | s des g nes pr sents dans les g nomes de microbes cultiv s s quenc s et/ou des g nes annot s par des sch mas de classification fonctionnelle hi rarchique dans diverses bases de donn es, telles que l'Encyclop die des g nes et des g nomes de Kyoto (KEGG). Les communaut s peuvent ensuite tre compar es sur la base de la distribution des groupes fonctionnels dans leurs microbiomes - une approche analogue aux m thodes bas es sur les taxons pour les comparaisons bas es sur l'ARNr 16S - et des r sultats trac s avec la PCoA. ent ropathog ne versus commensal Escherichia coli). Les diff rences dans l' cosyst me perfus expos l'ensemble complexe et variable du contenu du sous-g nome parmi les souches d'une esp ce donn e refl tent les diff rences de positions que nous ing rons, pour nous adapter aux circonstances changeantes plut t qu' l'appartenance la communaut , ainsi que les diff rences dans la pr -d pendance s lective d'une souche occuper une niche donn e importante pour de bonnes analyses de ces souches l'int rieur et entre les habitats. Fonctionnement communautaire horizontal. Dans les tudes cologiques de diff rents environnements, le transfert de g nes entre les membres d'un microbiote - m di par les phages, tels que les prairies, les for ts et les r cifs, la diversit accrue au sein d'un com-plasmide et d'autres m canismes - est un contributeur majeur cette communaut qui augmente sa capacit r pondre aux perturbations et restaurer la variation au niveau des souches (c'est- -dire sa r silience) ; il en va probablement de m me pour les cosyst mes microbiens. La diversit au niveau des souches peut tre importante dans toute consid ration de la fa on dont Lors de la caract risation des m canismes par lesquels une esp ce donn e communaut s pro-microbiennes diff rent entre les individus et comment ceux-ci produisent un effet ou des effets sur les humains, il est important de consid rer les communaut s tenir compte des perturbations. Par exemple, la grande souche bacte test e ; la diversit au niveau de la souche a un impact sur la d couverte La diversit au niveau de la souche rial qui existe dans l'intestin est consid r e comme l'un des efforts de d veloppement visant identifier les caract ristiques probiotthe de prochaine g n ration qui permettent ce microbiote, qui occupe un ics constant qui peut tre utilis th rapeutiquement pour promouvoir la sant ou traiter la maladie. Identification des membres arch ens et eucaryotes Les enqu tes bas es sur le s quen age du g ne de l'ARNr SSU se sont largement concentr es sur les bact ries, mais le recensement de qui est l dans les communaut s associ es l'habitat du corps humain doit galement inclure les deux autres domaines de la vie : Archaea et Eukarya. Les diff rences dans les s quences des g nes de l'ARNr 16S arch al et bact rien, reconnues pour la premi re fois par Carl Woese en 1977, ont permis de distinguer ces deux domaines de la vie. La repr sentation des Archaea dans les communaut s microbiennes humaines est moins bien d finie que celle des Bact ries, en partie cause de la difficult optimiser la conception des amorces PCR qui ciblent sp cifiquement les r gions conserv es des g nes de l'ARNr 16S arch al (versus bact rien). L'identification des membres arch aux est importante pour notre compr hension des propri t s fonctionnelles du microbiote. Par exemple, un d fi majeur auquel sont confront es les communaut s microbiennes lors de la d composition des polysaccharides (les polym res biologiques les plus abondants sur Terre) est le maintien de l' quilibre redox dans le cadre de la production maximale d' nergie. De nombreuses esp ces microbiennes ont des voies de fermentation ramifi es qui leur permettent d' liminer les quivalents r ducteurs (par exemple, par la production de H2, qui est nerg tiquement efficace). Cependant, il y a une mise en garde : l'hydrog ne doit tre limin ou il inhibera la r oxydation des nucl otides pyridiniques. Par cons quent, les esp ces consommatrices d'hydrog ne (hydrog notrophes) sont essentielles pour maximiser la capacit d'extraction d' nergie des fermenteurs primaires. Dans l'intestin humain, les hydrog notrophes comprennent un groupe phylog n tiquement diversifi d'ac tog nes bact riens, un groupe plus limit de bact ries r ductrices de sulfate qui g n rent du sulfure d'hydrog ne et des organismes arch ens producteurs de m thane (m thanog nes) qui peuvent repr senter jusqu' 10 % des ana robies pr sents dans les excr ments de certains humains. Cependant, le degr de diversit arch ologique dans le microbiote intestinal des individus en bonne sant semble tre faible. Les enqu tes ind pendantes de la culture sur la diversit eucaryote sont galement confondues par les d fis li s la conception d'amorces PCR qui ciblent le g ne SSU eucaryote (ARNr 18S) ainsi que les r gions d'espacement transcrites internes des op rons ARNr. Des tudes m tag nomiques sur des adultes hum |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | ains en bonne sant vivant dans des pays ayant des traditions culturelles distinctes et des caract ristiques et des emplacements g ographiques disparates ont r v l que le degr de diversit eucaryote est inf rieur celui de la diversit bact rienne. Dans l'intestin, qui contient beaucoup plus de microbes que tout autre habitat corporel, la repr sentation des champignons est significativement plus faible chez les individus vivant dans les soci t s occidentalis es que chez ceux vivant dans les soci t s non occidentales. Les s quences fongiques les plus abondantes appartiennent aux taxons Ascomycota et Microsporidia au niveau du phylum. Les phylums Ascomycota et Basidiomycota semblent s'exclure mutuellement, et la pr sence de Candida en particulier est corr l e la consommation r cente de glucides. lucidation de la dynamique virale Les virus sont l'entit biologique la plus abondante sur Terre. Les particules virales sont 10 fois plus nombreuses que les cellules microbiennes dans la plupart des environnements. Les humains ne font pas exception en termes de colonisation virale ; nos excr ments seuls contiennent 108 109 particules virales par gramme. Malgr cette abondance, de nombreuses communaut s virales eucaryotes restent incompl tement caract ris es, en partie parce que l'identification des virus dans les ensembles de donn es de s quen age m tag nomique est elle-m me tr s difficile. La caract risation de la diversit virale n cessite diff rentes approches : comme aucun g ne unique ne se trouve dans tous les virus, il n'existe pas de code-barres de la vie phylog n tique universel quivalent au g ne de l'ARNr SSU. Une approche a consist purifier s lectivement les particules de type viral partir de biospecimens communautaires, amplifier les petites quantit s d'ADN r cup r es et fragmenter al atoirement l'ADN et s quencer les fragments (s quen age au fusil de chasse). Les s quences r sultantes peuvent tre assembl es en contigs plus grands dont la fonction peut tre pr dite par calcul partir de l'homologie des g nes connus, et les informations obtenues peuvent tre utilis es pour peupler/d velopper des bases de donn es virales non redondantes. Ces bases de donn es non redondantes annot es peuvent ensuite tre utilis es pour une exploration plus cibl e du nombre en expansion rapide d'ensembles de donn es de s quen age de fusil de chasse g n r s partir de l'ADN de la communaut totale pour les virus ADN connus ou putatifs. Compte tenu de la pr dominance des bact ries dans le microbiote intestinal, il n'est pas surprenant que les phages (virus qui infectent les bact ries) dominent les composants identifiables du virome d'ADN de l'intestin. Les prophages sont une manifestation d'une dynamique h te virale-bact rienne dite temp r e, dans laquelle un phage est int gr dans le g nome de sa bact rie h te. Cette dynamique temp r e permet de remodeler constamment les g nomes des esp ces bact riennes par transfert horizontal de g nes. Les g nes cod s par un g nome pro-phage peuvent largir la niche et la forme physique de leur h te bact rien, par exemple, en permettant le m tabolisme de sources de nutriments auparavant inaccessibles. L'int gration de prophages peut galement prot ger la souche h te contre la surinfection, immunisant la souche contre l'infection par des phages troitement apparent s. Un cycle de vie de prophage temp r permet au virus de se d velopper dans un rapport 1:1 avec son h te bact rien. Si le virus int gr transmet une forme physique accrue, la pr valence de l'h te bact rien et de son phage augmentera dans le microbiote. L'induction d'un cycle lytique, o le prophage se r plique et tue l'h te, peut suivre. Les cycles lytiques peuvent provoquer un renouvellement bact rien lev . Les d bris de lyse (par exemple, les composants des capsules) peuvent tre utilis s comme sources de nutriments par les bact ries survivantes ; ce changement dans la dynamique de l' nergie dans une communaut est appel shunt phagique. Une sous-population de bact ries qui subit une induction lytique peut balayer d'autres esp ces sensibles pr sentes dans la communaut , augmentant ainsi l'espace de niche disponible pour les survivants (c.- -d. les bact ries qui ont d j un prophage int gr ). L'induction p riodique de proph ties conduit une dynamique de diversit constante qui aide maintenir la structure et le fonctionnement de la communaut . L'int r t pour les communaut s virales s'est accru ces derni res ann es, en particulier compte tenu du r le potentiellement th rapeutique des phages en tant qu'alternative ou compl ment aux antibiotiques. Les membres de Virome ont d velopp des m canismes de survie l gants qui leur permettent d' chapper aux d fenses de l'h te, de se diversifier et d' tablir des symbioses labor es et mutuellement b n fiques avec leurs h tes. Un certain nombre d' tudes r centes ont tent d'adapter ces m canismes des fins th rapeutiques (par exemple, l'ut |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | ilisation de phages synth tiques pour traiter les infections Pseudomonas aeruginosa chez les patients br l s ou dans d'autres contextes). La phagoth rapie n'est pas une id e nouvelle : F lix d'Herelle, co-d couvreur des phages, a reconnu leurs applications m dicales potentielles il y a pr s d'un si cle. Cependant, ce n'est que r cemment que nos capacit s technologiques et notre connaissance du microbiote humain ont rendu la phagoth rapie r alisable au cours de notre vie. de nombreux niveaux, diff rentes personnes se ressemblent beaucoup : nos g nomes sont >99% identiques, et nous avons des collections similaires de cellules humaines. Cependant, nos communaut s microbiennes diff rent consid rablement, la fois entre les personnes et entre les habitats d'un m me corps humain. La plus grande variation (diversit b ta, d crite ci-dessous) se produit entre les sites corporels. Par exemple, la diff rence entre les communaut s microbiennes r sidant dans la bouche d'une personne et dans l'intestin d'une m me personne est comparable la diff rence entre les communaut s r sidant dans le sol et dans l'eau de mer. M me au sein d'un site corporel, les diff rences entre les personnes ne sont pas subtiles : les communaut s intestinales, cutan es et buccales peuvent toutes diff rer de 80 90 %, m me du point de vue g n ral des esp ces bact riennes. Le po te anglais John Donne a dit que aucun homme n'est une le ; cependant, d'un point de vue microbien, chacun de nous se compose non seulement d'une le isol e, mais plut t de tout un archipel d'habitats distincts qui changent des microbes entre eux et avec l'environnement ext rieur un niveau encore ind termin . Avant de pouvoir discuter de ces diff rences et comprendre leur pertinence pour les maladies humaines, il est important de comprendre certains termes de base et principes cologiques. Diversit alpha La diversit alpha est d finie comme le nombre effectif d'esp ces pr sentes dans un chantillon donn . Les communaut s dont la composition est plus diversifi e (c.- -d. qui ont plus d'OTU) ou qui sont phylog n tiquement plus diversifi es sont d finies comme ayant une plus grande diversit alpha. La diversit alpha peut tre mesur e en tra ant le nombre de diff rents types de s quences d'ARNr SSU identifi es un niveau phylog n tique donn (esp ces, genres, etc.) dans un chantillon en fonction du nombre de lectures de g nes d'ARNr SSU collect es. Les mesures les plus couramment utilis es de la diversit alpha sont Sobs (le nombre d'esp ces observ es dans un nombre donn de s quences), Chao1 (une mesure bas e sur le nombre d'esp ces observ es une seule fois), l'indice de Shannon (une mesure du nombre de bits d'information obtenus en r v lant l'identit d'un membre de la communaut choisi au hasard) et la diversit phylog n tique (une mesure de la longueur totale des branches d'un arbre phylog n tique englobant un chantillon). Les estimateurs de diversit sont particuli rement sensibles aux erreurs introduites lors de la PCR et du s quen age. Diversit b ta La diversit b ta fait r f rence aux diff rences entre les communaut s et peut tre d finie l'aide de mesures de distance phylog n tiques ou non phylog n tiques. UniFrac est une m trique phylog n tique couramment utilis e qui compare l'histoire volutive de diff rentes communaut s microbiennes, en notant le degr auquel deux communaut s partagent la longueur des branches sur un arbre de vie microbienne : plus les communaut s sont similaires les unes aux autres, plus elles partagent la longueur des branches (Fig. 86e-1). Les mesures bas es sur UniFrac des distances entre les communaut s peuvent tre repr sent es visuellement avec une analyse des coordonn es principales ou d'autres techniques g om triques qui projettent un ensemble de donn es de grande dimension sur un petit nombre de dimensions pour une analyse plus accessible (Fig. 86e-1). L'analyse des coordonn es principales peut galement tre appliqu e des m thodes non phylog n tiques pour comparer des communaut s, telles que la distance euclidienne, la divergence de Jensen-Shannon ou la dissemblance de Bray-Curtis, qui fonctionnent ind pendamment des donn es de l'arbre volutif mais peuvent rendre les mod les biologiques plus difficiles identifier. Les donn es taxonomiques ou les matrices de distance peuvent galement tre utilis es comme entr e dans une gamme d'algorithmes d'apprentissage automatique (tels que les for ts al atoires) qui utilisent une classification supervis e pour identifier les diff rences entre les groupes d' chantillons tiquet s. La classification supervis e est utile pour identifier les diff rences entre les cas et les contr les, mais peut masquer des sch mas importants intrins ques aux donn es, y compris des variables confusionnelles telles que diff rents cycles de s quen age ou populations de patients. Comme indiqu ci-dessus, la plus grande diversit b ta est celle entre les sites corporels. Ce fait sou |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | ligne la n cessit de sp cifier l'habitat corporel dans les analyses du microbiote de tout type, y compris les tudes de surveillance microbienne examinant le flux d'organismes normaux et pathog nes entrant et sortant de diff rents sites corporels chez les patients et leurs prestataires de soins de sant . Plusieurs autres points cl s ont merg des tudes de diversit b ta des communaut s microbiennes associ es l'homme, notamment (1) qu'il existe un niveau lev de variabilit interpersonnelle dans chaque habitat corporel tudi ce jour, (2) la variation intrapersonnelle dans un habitat corporel donn est moins prononc e et (3) les membres de la famille ont plus de communaut s similaires que les individus non apparent s vivant dans des m nages s par s. Ainsi, une personne est son meilleur contr le, et l'examen d'un individu au fil du temps en fonction de l' tat de la maladie ou de l'intervention th rapeutique est souhaitable. De m me, les membres de la famille servent de contr les de r f rence logiques, bien que l' ge soit une covariable majeure qui affecte la structure du microbiote. Des tudes d' chantillons f caux obtenus de jumeaux au fil du temps ont montr que le degr global de similitude phylog n tique des communaut s bact riennes ne diff re pas significativement entre les paires de jumeaux monozygotes et dizygotes, bien que les paires de jumeaux monozygotes puissent tre plus similaires dans certaines populations des ges plus pr coces. Ces r sultats, ainsi que les tudes d'intervention chez la souris et les observations pid miologiques chez l'homme, soulignent que les expositions environnementales pr coces sont un d terminant tr s important de l' cologie microbienne de l'intestin adulte. Chez l'homme, les expositions initiales d pendent du mode d'accouchement : les b b s chantillonn s dans les 20 minutes suivant la naissance ont des communaut s microbiennes relativement indiff renci es dans la bouche, la peau et l'intestin. Pour les b b s mis au monde par voie vaginale, ces communaut s ressemblent aux communaut s microbiennes sp cifiques trouv es dans le vagin de la m re. Pour les b b s accouch s par c sarienne, les communaut s ressemblent des communaut s cutan es. Bien que les tudes sur les enfants plus g s et les adultes stratifi s par mode d'accouchement soient encore rares dans la litt rature, il a t d montr que ces diff rences persistent jusqu' au moins 4 mois et peut- tre jusqu' 7 ans. Le microbiote intestinal du nourrisson change pour ressembler la communaut intestinale adulte au cours des 3 premi res ann es de vie ; des tudes comparables n'ont pas t r alis es dans d'autres habitats du corps ce jour. Les expositions aux r servoirs microbiens environnementaux peuvent continuer influencer la structure de la communaut . Par exemple, les adultes cohabitants non apparent s ont plus de microbiotes similaires dans tous leurs habitats corporels que les adultes non cohabitants, et les humains ressemblent aux chiens avec lesquels ils vivent, du moins en termes de microbiote cutan . Le genre et la maturation sexuelle peuvent galement affecter la structure du microbiote, bien que les efforts pour isoler ces variables soient compliqu s par de nombreux facteurs de confusion ; tout effet de genre doit tre faible par rapport aux effets d'autres variables telles que le r gime alimentaire (sauf dans le cas du tractus urinaire f minin, qui est influenc 86e-5 par le microbiote vaginal). Le microbiote vaginal illustre un autre aspect intrigant des contributions apport es par divers facteurs aux diff rences interpersonnelles dans la structure de la communaut microbienne au sein d'un habitat corporel donn . Des tudes bact riennes bas es sur l'ARNr 16S du microbiote mi-vaginal chez des femmes sexuellement actives ont document des diff rences significatives dans les configurations communautaires entre quatre groupes ethniques autod clar s : caucasien, noir, hispanique et asiatique. Contrairement la plupart des autres habitats corporels qui ont t tudi s, cet cosyst me est domin par un seul genre, Lactobacillus. Quatre esp ces de ce genre repr sentent ensemble plus de la moiti des bact ries dans la plupart des communaut s vaginales. Cinq cat gories communautaires ont t d finies : quatre sont domin es par L. iners, L. crispatus, L. gasseri et L. jensenii, respectivement, et le cinqui me a proportionnellement moins de lactobacilles et plus d'ana robies. La repr sentation de ces cat gories communautaires est distincte au sein de chacun des quatre groupes ethniques et est corr l e au pH vaginal et au score de Nugent (ce dernier tant un biomarqueur de la vaginose bact rienne). Des tudes longitudinales sur des individus sont men es pour identifier les facteurs qui d terminent l'assemblage de ces communaut s distinctes - la fois au sein et entre les groupes ethniques - ainsi que leur r sistance ou leur r silience apr s diverses perturbations physiologiques et |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | pathologiques. Par exemple, le cycle menstruel et la grossesse s'av rent tre des facteurs tonnamment importants (provoquant des changements plus importants) par rapport l'activit sexuelle. Un autre facteur affectant la diversit b ta est l'emplacement spatial au sein d'un habitat. Plusieurs enqu tes montrent que la peau abrite des communaut s bact riennes aux caract ristiques biog ographiques pr visibles, bien que complexes. Pour d terminer si ces diff rences sont dues des diff rences dans les facteurs environnementaux locaux, l'historique de l'exposition d'un site donn aux microbes ou une combinaison des deux, une transplantation r ciproque du microbiote a t effectu e. Les communaut s microbiennes d'une r gion de la peau ont t puis es par un traitement avec des agents germicides, et la r gion (plot) a t inocul e avec un microbiote tranger r colt dans diff rentes r gions de la peau ou dans diff rents habitats corporels du m me individu ou d'un autre. L'assemblage communautaire sur le site de transplantation a ensuite t suivi au fil du temps. Fait remarquable, l'assemblage s'est d roul diff remment sur diff rents sites : les parcelles de l'avant-bras recevant un microbiote de la langue sont rest es plus similaires aux communaut s de la langue qu'aux communaut s autochtones de l'avant-bras en termes de composition et de diversit , tandis que les parcelles du front inocul es avec des bact ries de la langue ont chang pour devenir plus similaires aux communaut s autochtones du front. Ainsi, en plus des ant c dents d'exposition aux bact ries de la langue, les facteurs environnementaux op rant au niveau de la parcelle frontale fa onnent probablement l'assemblage de la communaut . Curieusement, les facteurs qui fa onnent les communaut s cutan es fongiques semblent tre enti rement diff rents de ceux qui fa onnent les communaut s cutan es bact riennes. La paume et l'avant-bras ont une grande diversit bact rienne et une faible diversit fongique, tandis que les pieds ont le mod le de diversit oppos . De plus, les communaut s fongiques sont g n ralement fa onn es par l'emplacement (pied, torse, t te), tandis que les communaut s bact riennes sont g n ralement fa onn es par le ph notype d'humidit (sec, humide ou s bac ). Analyse de co-occurrence L'analyse de co-occurrence vise identifier les phylotypes qui sont co-r partis entre les individus dans un habitat corporel donn et/ou entre les habitats et d terminer les facteurs qui expliquent les mod les observ s de co-r partition. Les corr lations positives ont tendance refl ter des pr f rences partag es pour certaines caract ristiques environnementales, tandis que les corr lations n gatives refl tent g n ralement des pr f rences divergentes ou une relation concurrentielle. Les relations syntrophiques (alimentation crois e) refl tent des interactions interd pendantes bas es sur des strat gies de partage des nutriments. Par exemple, dans les r seaux trophiques, les produits du m tabolisme d'un organisme peuvent tre utilis s par l'autre pour ses propres capacit s m taboliques uniques (par exemple, les interactions entre les organismes fermentaires et les m thanog nes). Analyse ent rotypique L'analyse ent rotypique cherche classer les individus en groupes discrets en fonction de la configuration de leurs microbiotes, en tra ant essentiellement des limites sur une carte d finie par l'analyse des coordonn es principales ou d'autres techniques d'ordination. La premi re analyse ent rotypique a utilis le regroupement supervis pour d finir trois grands types de configurations microbiennes intestinales humaines dans trois tudes humaines distinctes et a fourni une vue qui pr supposait l'existence de trois Chapitre 86e Les grappes du microbiome humain. Des travaux ult rieurs ont montr que la gamme de variabilit dans le microbiote intestinal des enfants et des populations non occidentales d passe largement la variabilit captur e dans les populations utilis es pour d finir les ent rotypes d'origine ; en outre, m me dans les populations occidentales, la variabilit suit davantage un continuum domin par un gradient dans l'abondance des genres Bacteroides et Prevotella. Une autre consid ration dans l'analyse des ent rotypes est de savoir si l'emplacement sur une carte d finie par une variation humaine saine est pertinent pour la pr disposition la maladie ou si les esp ces rares ayant des fonctions particuli res sont plut t des discriminants plus importants. Redondance fonctionnelle La redondance fonctionnelle survient lorsque des fonctions sont ex cut es par de nombreux taxons bact riens. Ainsi, les diff rences interpersonnelles dans la diversit bact rienne microbienne (c.- -d. quelles bact ries sont pr sentes) ne sont pas n cessairement accompagn es de degr s comparables de diff rence dans la diversit fonctionnelle (c.- -d. ce que ces bact ries peuvent faire). La caract risation d'un microbiome par s quen age au fusil |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | de chasse est importante car, contrairement aux analyses d'ARNr SSU, le s quen age au fusil de chasse fournit une lecture directe des g nes (et, via la g nomique comparative, de leurs fonctions) dans une communaut donn e. Une question fondamentale est le degr de corr lation entre les variations des esp ces occupant un habitat corporel donn et les variations des capacit s fonctionnelles d'une communaut . Par exemple, la th orie neutre de l'assemblage communautaire d velopp e par les macro- cologistes sugg re que les esp ces sont ajout es la communaut sans gard la fonction, dotant automatiquement la communaut d'une redondance fonctionnelle. S'il est applicable au monde microbien, l'assemblage de communaut s neutres pr dirait un niveau lev de variation dans les types de lign es microbiennes qui occupent un habitat corporel donn chez diff rents individus, bien que les fonctions g n rales cod es dans les microbiomes de ces communaut s puissent tre assez similaires. Le s quen age au fusil du microbiome f cal a r v l que diff rentes communaut s microbiennes convergent vers le m me tat fonctionnel : en d'autres termes, il existe un groupe de g nes microbiens repr sent s dans les intestins d'individus non apparent s ou apparent s. Le m me principe s'applique d'autres sites corporels (Fig. 86e-2). Le microbiome intestinal central est enrichi en fonctions li es la survie microbienne (par exemple, traduction ; m tabolisme des nucl otides, des glucides et des acides amin s) et en fonctions b n fiques pour l'h te (r partition des nutriments et de l' nergie du r gime alimentaire aux microbes et l'h te). Ces derni res fonctions englobent les r seaux trophiques mentionn s ci-dessus, dans lesquels les produits d'un type de microbe deviennent les substrats d'autres microbes. Ces r seaux, qui peuvent tre incroyablement labor s, changent mesure que les microbes ajustent leurs mod les d'expression g nique et de m tabolisme en r ponse aux alt rations de la disponibilit des nutriments. Ainsi, la somme de toutes les activit s des membres d'une communaut microbienne peut tre consid r e comme une propri t mergente plut t que fixe. Il est important de noter que les comparaisons par paires ont montr que les membres de la famille ont fonctionnellement plus de microbiomes intestinaux similaires que les individus non apparent s. Ainsi, la transmission intrafamiliale d'un microbiome intestinal au sein d'une g n ration donn e et entre plusieurs g n rations pourrait fa onner les caract ristiques biologiques des humains appartenant une parent et moduler/m dier les risques pour une vari t de maladies. Stabilit Comme d'autres cosyst mes, les communaut s microbiennes associ es l'habitat du corps humain varient au fil du temps, et une compr hension de cette variation est essentielle pour une FIGURE 86E-2 LA variation interpersonnelle de la repr sentation organisationnelle dans les communaut s associ es l'habitat corporel est plus tendue que la variation interpersonnelle des caract ristiques fonctionnelles des g nes. La taxonomie bact rienne et la fonction m tabolique sont compar es dans 107 chantillons de microbiote oral et de microbiome (en haut) et dans 139 chantillons de microbiote f cal et de microbiome (en bas). Les chantillons repr sentent un sous-ensemble choisi arbitrairement parmi 242 jeunes adultes en bonne sant vivant aux tats-Unis, avec un nombre gal d'hommes et de femmes. Les m mes extraits d'ADN provenant des m mes chantillons ont t utilis s pour les classifications taxonomiques et fonctionnelles ; chaque chantillon a t analys par s quen age de l'amplicon de l'ARNr 16S bact rien (moyenne, 5400 s quences par chantillon) et par s quen age au fusil de chasse de l'ADN communautaire (moyenne, 2,9 milliards de bases par chantillon). Les groupes taxonomiques varient consid rablement dans leur repr sentation entre diff rents chantillons, avec des phylums bact riens caract ristiques diff rents dans le microbiote oral et dans le microbiote f cal ; par exemple, les membres des Actinobact ries et des Fusobact ries sont beaucoup plus fr quents dans la bouche que dans l'intestin, tandis que les membres des Bacteroidetes sont beaucoup plus fr quents dans les chantillons f caux. En revanche, les voies m taboliques sont beaucoup plus repr sent es dans diff rents chantillons, m me lorsque les esp ces qui contribuent ces voies sont compl tement diff rentes. Ces r sultats sugg rent un degr lev de redondance fonctionnelle dans les cosyst mes microbiens - semblable celui observ dans les macro cosyst mes, dans lesquels de nombreuses lign es d'organismes fondamentalement diff rentes peuvent jouer les m mes r les cologiques (par exemple, pollinisateur ou pr dateur sup rieur). (Adapt de Human Microbiome Project Consortium : Nature 486:207, 2012 ; et CA Lozupone et al : Nature 489:220, 2012.) compr hension de notre microbiote. Peu de s ries chronologiques haute r |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | solution permettant de d finir la stabilit au niveau de la souche que celles disponibles chez les adultes individuels en bonne sant ont t publi es ce jour, mais une seule est disponible par le pass . L'application de ces m thodes aux intestins d'individus en bonne sant - des s ries chronologiques quotidiennes sugg rent que les individus ont tendance se ressembler chantillonn s au fil du temps - a r v l qu'un intestin adulte en bonne sant h berge une permicrobienne au jour le jour sur une p riode de 6 15 mois, conservant sa collection constante d'environ100 esp ces bact riennes et plusieurs centaines de souches. S parer les identit s pendant la cohabitation. Le d veloppement d'une faible erreur La stabilit des composants bact riens suit une loi de puissance : les m thodes de s quen age de l'amplicon bact rien ont fourni des souches beaucoup plus fiables acquises t t dans la vie qui peuvent persister dans l'intestin pendant des d cennies, bien que leur repr sentation proportionnelle change en fonction de nombreux facteurs, y compris l'alimentation. Le s quen age du g nome entier des composants cultivables du microbiote des participants l' tude a confirm que les souches sont conserv es chez les individus pendant des p riodes prolong es et sont partag es entre les membres de la famille. R silience La capacit d'un microbiote ou d'un microbiome rebondir apr s une perturbation court terme, telle que l'administration d'antibiotiques ou une infection, est d finie comme sa r silience. Cette capacit peut tre visualis e comme une boule roulant sur un paysage de minima locaux ; essentiellement, la communaut passe dans un nouvel tat et, pour se r tablir, doit passer par un autre tat instable. Dans certains cas, le r tablissement conduira l' tat stable d'origine ; dans d'autres, il conduira un nouvel tat stable, qui peut tre sain ou malsain. Des changements dans, par exemple, le r gime alimentaire ou l' tat physiologique de l'h te peuvent introduire des alt rations dans le paysage lui-m me, ce qui facilite le passage de l' tat initial l'un d'un certain nombre d'autres tats, avec potentiellement des cons quences diff rentes sur la sant . Les communaut s microbiennes dans nos habitats corporels diff rent consid rablement en termes de r silience. Par exemple, le lavage des mains entra ne de profonds changements dans la communaut microbienne, augmentant consid rablement la diversit (probablement en raison de l' limination pr f rentielle des phylotypes dominants forte abondance tels que Propionibacterium). En 6 h, le microbiote de la main rebondit pour ressembler aux communaut s de la main d'origine. Les effets d'un lavage r p t des mains doivent encore tre d finis ; par exemple, le microbiote de surface sur la peau (tel que mesur par des biopsies par raclage) se compose d'environ50 000 cellules microbiennes/cm2, tandis que le microbiote souterrain (tel que mesur par des biopsies par perforation) se compose d'environ1 000 000 de cellules microbiennes/cm2. Dans une tude portant sur trois volontaires adultes en bonne sant ayant re u un traitement de courte dur e par la ciprofloxacine (500 mg par voie orale deux fois par jour pendant 5 jours - un sch ma couramment utilis contre les infections des voies urinaires non compliqu es), la configuration globale intestin-communaut a commenc ressembler la ligne de base dans les 6 mois suivant l'arr t du traitement, bien que certains taxons n'aient pas r ussi se r tablir. Cependant, les effets de la perturbation antibiotique taient fortement individualis s. L'administration d'un deuxi me traitement des mois plus tard a conduit des tats communautaires alt r s, par rapport la ligne de base, chez les trois volontaires ; encore une fois, l'ampleur de l'alt ration diff rait selon l'individu. Fondamentalement, comme le montrent cette tude et d'autres, un taxon bact rien donn peut r pondre diff remment au m me antibiotique chez diff rents individus ; cette observation sugg re que le reste de la communaut microbienne joue un r le important dans la d termination des effets des antibiotiques sur une base individuelle. Dans tout habitat corporel, l' tat microbio-communautaire apr s perturbation peut tre d grad . Cependant, cet tat d grad peut lui-m me tre r silient, et il peut donc tre difficile de restaurer un tat plus fonctionnel. Par exemple, l'infection Clostridium difficile peut persister pendant des ann es. Le d veloppement et la r silience d'un tat d grad peuvent tre entra n s par des boucles de r troaction positive, telles que des cascades d'esp ces r actives de l'oxyg ne impliquant des macrophages h tes qui favorisent la croissance ult rieure de prot obact ries pro-inflammatoires, ainsi que par des boucles de r troaction n gative telles que l' puisement du butyrate n cessaire la promotion d'une barri re pith liale intestinale saine et l' tablissement ult rieur de membres b n fiques du microbiote. Par |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | cons quent, les th rapies bas es sur le microbiote peuvent n cessiter soit (1) l' limination d'une boucle de r troaction qui emp che l' tablissement d'une nouvelle communaut , soit (2) l'identification d'une direction pour le changement et d'un stimulus d'une ampleur suffisante (par exemple, l'invasion et l' tablissement de microbes provenant d'une transplantation f cale ou d'un consortium d fini de membres cultiv s et s quenc s du microbiote intestinal humain ; voir ci-dessous) pour surmonter les m canismes de r silience inh rents l' tat d grad . Une question cruciale non r solue qui affecte particuli rement les nourrissons, dont le microbiote volue rapidement, est de savoir si l'intervention pendant les p riodes de changement rapide ou pendant les p riodes de stabilit relative est g n ralement plus efficace. TABLIR DES RELATIONS CAUSALES ENTRE LE MICROBIOTE INTESTINAL ET LES PH NOTYPES PHYSIOLOGIQUES, M TABOLIQUES ET IMMUNOLOGIQUES NORMAUX AINSI QUE LES TATS PATHOLOGIQUES Les animaux gnotobiotiques sont lev s dans des environnements exempts de germes - sans exposition aux microbes - puis colonis s des stades sp cifiques de la vie avec des communaut s microbiennes sp cifi es. Les souris gnotobiotiques constituent un excellent syst me pour contr ler le g notype de l'h te, la composition de la communaut microbienne, l'alimentation et les conditions de logement. Les communaut s microbiennes r colt es partir de souris donneuses avec des g notypes et des ph notypes 86e-7 d finis peuvent tre utilis es pour d terminer comment les communaut s microbiennes des donneurs affectent les propri t s des receveurs auparavant exempts de germes. Les receveurs peuvent galement affecter le microbiote transplant et son microbiome. Ainsi, les souris gnotobiotiques offrent aux chercheurs la possibilit d'associer des tudes comparatives des communaut s de donneurs des essais fonctionnels des propri t s de la communaut et de d terminer comment (et pendant combien de temps) ces fonctions influencent la biologie de l'h te. Le syst me cardiovasculaire Le microbiote intestinal affecte la microvascularisation labor e sous-jacente l' pith lium du petit intestin : la densit du r seau capillaire est nettement r duite chez les animaux adultes exempts de germes, mais peut tre r tablie des niveaux normaux dans les 2 semaines suivant la transplantation du microbiote intestinal. Des tudes m canistes ont montr que le microbiote favorise le remodelage vasculaire dans l'intestin gr ce des effets sur une nouvelle voie de signalisation du r cepteur activ par le facteur de prot ase des tissus extravasculaires (PAR1). Le poids cardiaque mesur par chocardiographie ou sous forme de masse humide et normalis la longueur tibiale ou au poids corporel maigre est significativement r duit chez les souris sans germes ; cette diff rence est limin e dans les 2 semaines suivant la colonisation par un microbiote intestinal. Pendant le je ne, une augmentation d pendante du microbiote intestinal de la c togen se h patique (r gul e par le r cepteur activ par les prolif rateurs de peroxysomes) se produit, et le m tabolisme myocardique est dirig vers l'utilisation du corps c tonique. Des analyses de c urs de travail isol s et perfus s provenant d'animaux sans germes et colonis s, ainsi que des valuations in vivo, ont montr que la performance myocardique chez les souris sans germes est maintenue en augmentant l'utilisation du glucose. Cependant, le poids du c ur est consid rablement r duit chez les souris jeun et nourries ; ce ph notype de masse cardiaque est compl tement invers chez les souris sans germes nourries avec un r gime c tog ne. Ces r sultats illustrent comment le microbiote intestinal profite l'h te pendant les p riodes de privation de nutriments et repr sentent un lien entre les microbes intestinaux et le m tabolisme et la sant cardiovasculaires. Les souris d ficientes en apoE lev es de mani re conventionnelle d veloppent une forme moins s v re d'ath roscl rose que leurs homologues sans germes lorsqu'elles sont nourries avec un r gime riche en fibres. Cet effet protecteur du microbiote est limin lorsque les animaux sont nourris avec une alimentation pauvre en fibres et riche en sucres simples et en mati res grasses. On pense qu'un certain nombre des effets b n fiques attribu s aux r gimes forte repr sentation proportionnelle des grains entiers, des fruits et des l gumes sont m di s par les produits finaux du m tabolisme microbien des compos s alimentaires, y compris les acides gras cha ne courte et les m tabolites d riv s des flavono des. Inversement, les microbes peuvent convertir des compos s alimentaires par ailleurs inoffensifs en m tabolites qui augmentent le risque de maladie cardiovasculaire. Des tudes sur des souris et des volontaires humains ont r v l que le m tabolisme du microbiote intestinal de la L-carnitine alimentaire, pr sente en grande quantit dans la viande rouge, pr |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | oduit du N-oxyde de trim thylamine, qui peut acc l rer l'ath roscl rose chez la souris en supprimant le transport inverse du cholest rol. Une autre facette de l'influence microbienne sur la physiologie cardiovasculaire a t r v l e dans une tude sur des souris d ficientes en Olfr78 (un r cepteur coupl la prot ine G exprim dans l'appareil juxtaglom rulaire, o il r gule la s cr tion de r nine en r ponse aux acides gras cha ne courte) ou en Gpr41 (un autre r cepteur aux acides gras cha ne courte qui, avec Olfr78, est exprim dans les cellules musculaires lisses pr sentes dans les petits vaisseaux de r sistance). Cette tude a d montr que le microbiote peut moduler la pression art rielle de l'h te via les acides gras cha ne courte produits par la fermentation microbienne. Os Les souris adultes exemptes de germes ont une plus grande masse osseuse que leurs homologues sur lev es de mani re conventionnelle. Cette augmentation de la masse osseuse est associ e une r duction du nombre d'ost oclastes par unit de surface osseuse, une r duction du nombre de pr curseurs d'ost oclastes CD11b+/GR1 dans la moelle osseuse, une diminution du nombre de lymphocytes T CD4+ et une r duction des niveaux d'expression du facteur de n crose tumorale des cytokines ost olytiques. La colonisation avec un microbiote intestinal normal r sout ces diff rences observ es entre les animaux sans germes et les animaux lev s de mani re conventionnelle. Cerveau Les souris adultes exemptes de germes et les souris lev es de mani re conventionnelle diff rent significativement dans les niveaux de 38 des 196 m tabolites c r braux identifi s, dont 10 ont des r les connus dans la fonction c r brale ; dans ce dernier groupe sont inclus l'acide N-ac tylaspartique (un marqueur de la sant neuronale et de l'att nuation), Chapitre 86e L'acide pip colique du microbiome humain (un modulateur pr synaptique des niveaux d'acide -aminobutyrique) et la s rine (un co-agoniste obligatoire au site glycine du r cepteur N-m thyl-d-aspartate). Le propionate, un produit d'acide gras cha ne courte du m tabolisme microbio-communautaire intestinal des fibres alimentaires, affecte l'expression des g nes impliqu s dans la glucon ogen se intestinale via un circuit neuronal intestin-cerveau impliquant le r cepteur d'acide gras libre 3 ; cet effet fournit une explication m canistique de l'impact b n fique document des fibres alimentaires dans l'am lioration de la sensibilit l'insuline et la r duction de la masse corporelle et de l'adiposit . Les tudes d'un mod le murin (activation immunitaire maternelle) avec des comportements st r otyp s/r p titifs et anxieux indiquent que le traitement avec un membre du microbiote intestinal humain, Bacteroides fragilis, corrige les d fauts de la barri re intestinale (perm abilit ) ; r duit les niveaux lev s de 4- thylph nylsulfate, un m tabolite observ dans le mod le d'activation immunitaire maternelle qui a t associ de mani re causale aux ph notypes comportementaux des animaux ; et am liore certains effets comportementaux. Ces observations soulignent l'importance d'explorer plus avant les relations potentiellement co- volu es entre le microbiote et le comportement de l'h te. Fonction immunitaire De nombreuses tudes fondamentales ont montr que le microbiote intestinal joue un r le cl dans la maturation des composants inn s ainsi que des composants adaptatifs du syst me immunitaire. L' pith lium intestinal, compos de quatre lign es cellulaires principales (ent rocytes plus gobelet, Paneth et cellules ent roendocrines), agit comme une barri re physique et fonctionnelle la p n tration microbienne. Les cellules caliciformes produisent du mucus qui recouvre l' pith lium, o il forme deux couches : une couche externe plus l che (orient e vers la lumi re) qui abrite les microbes et une couche inf rieure plus dense qui exclut normalement les microbes. Les membres de la lign e cellulaire Paneth r sident la base des cryptes de Lieberk hn et s cr tent des peptides antimicrobiens. Des tudes chez la souris ont d montr que les cellules de Paneth d tectent directement la pr sence d'un microbiote par l'expression de la prot ine adaptatrice de signalisation MyD88, qui aide transduire les signaux vers les cellules h tes lors de la reconnaissance des produits microbiens par les r cepteurs Toll-like (TLR). Cette reconnaissance entra ne l'expression de produits antibact riens (par exemple, la lectine RegIII ) qui agissent pour emp cher la translocation microbienne travers la barri re muqueuse intestinale. L'intestin est enrichi en cellules B qui produisent des IgA, qui sont s cr t es dans la lumi re ; l , il fonctionne pour emp cher les microbes de traverser la barri re muqueuse et pour limiter la diss mination des antig nes alimentaires. Le microbiote joue un r le cl dans le d veloppement d'une r ponse IgA : les souris sans germes pr sentent une r duction marqu e des cellules B IgA+ |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | . L'absence de r ponse IgA normale peut entra ner une augmentation massive de la charge bact rienne. Les IgA d riv es des cellules B qui ciblent des membres sp cifiques du microbiote intestinal jouent un r le important dans la pr vention de l'activation des cellules T sp cifiques du microbiote. Les esp ces bact riennes intestinales provoquent le d veloppement de r ponses protectrices TH17 et TH1 qui aident pr venir les attaques d'agents pathog nes. Les membres du microbiote favorisent galement le d veloppement d'une population sp cialis e de lymphocytes T CD4+ qui pr viennent les r ponses inflammatoires injustifi es. Ces lymphocytes T r gulateurs (Tregs) sont caract ris s par l'expression du facteur de transcription forkhead box P3 (FOXP3) et par l'expression d'autres marqueurs de surface cellulaire. Il y a une p nurie de Tregs dans la lamina propria colique des souris sans germes. Des membres sp cifiques du microbiote - y compris un consortium de souches de Clostridium isol es de l'intestin de la souris et de l'homme ainsi que plusieurs esp ces de Bacteroides de l'intestin humain - largissent le compartiment Treg et am liorent les fonctions immunosuppressives. Le microbiote est un d clencheur cl dans le d veloppement de la maladie inflammatoire de l'intestin (MII) chez les souris qui h bergent des mutations dans les g nes associ s au risque de MII chez l'homme. De plus, les composants du microbiote intestinal peuvent modifier l'activit du syst me immunitaire pour am liorer ou pr venir les MICI. Les souris contenant un all le ATG16L1 mutant li la maladie de Crohn sont particuli rement sensibles aux MICI. Lors de l'infection par le norovirus de la souris et du traitement par le sulfate de sodium dextran, l'expression d'un all le ATG16L1 hypomorphe entra ne des d fauts dans les cellules de Paneth du petit intestin et rend les souris significativement plus sensibles l'il ite que les animaux t moins de type sauvage. Ce processus d pend du microbiote intestinal et met en vidence comment l'intersection de la g n tique de l'h te, des agents infectieux et du microbiote peut conduire une pathologie immunitaire grave ; c'est- -dire que le potentiel pathog ne d'un microbiote peut d pendre du contexte, n cessitant une confluence de facteurs. Une observation importante est que les membres du microbiote intestinal, y compris B. fragilis ou les membres de Clostridium, pr viennent l'inflammation grave qui se d veloppe dans les mod les murins imitant divers aspects des MICI humaines. Le microbiote intestinal a t impliqu dans la promotion de l'immunopathologie en dehors de l'intestin. La scl rose en plaques se d veloppe chez des souris lev es de mani re conventionnelle dont le compartiment des lymphocytes T CD4+ r agit la prot ine oligodendrocytaire de la my line ; leurs homologues sans germes sont compl tement prot g s contre le d veloppement de sympt mes de type scl rose en plaques. Cette protection est invers e par la colonisation avec un microbiote intestinal provenant d'animaux lev s de mani re conventionnelle. Les inflammasomes sont des complexes multiprot iques cytoplasmiques qui d tectent le stress et les sch mas associ s aux dommages. Les souris d ficientes en NLRP6, un composant de l'inflammasome, sont plus sensibles la colite induite par l'administration de sulfate de sodium dextran. Cette sensibilit accrue est associ e des alt rations du microbiote intestinal de ces animaux par rapport celui des t moins de type sauvage. Les souris sont coprophages, et la co-habitation de souris d ficientes en NLRP6 avec des souris de type sauvage est suffisante pour transf rer la sensibilit accrue la colite induite par le sulfate de sodium dextran. Des r sultats similaires ont t rapport s pour des souris d ficientes dans l'adaptateur de l'inflammasome ASC (prot ine de type speck associ e l'apoptose contenant un domaine de recrutement de caspase). Les souris d ficientes en ASC sont plus sensibles au d veloppement d'un mod le de st atoh patite non alcoolique. Cette sensibilit est associ e des alt rations de la structure du microbiote intestinal et peut tre transf r e des animaux de type sauvage par co-habitation. Ob sit et diab te Les souris sans germes sont r sistantes l'ob sit induite par le r gime alimentaire. Les souris ob/ob g n tiquement ob ses ont des structures microbio-communautaires intestinales qui sont profond ment modifi es par rapport celles de leurs compagnons de lit maigres de type sauvage (+/+) et h t rozygotes +/ob. La transplantation du microbiote de souris ob/ob chez des animaux sauvages exempts de germes transmet un ph notype d'addition accrue non observ chez les souris recevant des greffes de microbiote de +/+ et +/ob. Ces diff rences ne sont pas attribuables des diff rences dans la consommation alimentaire, mais sont plut t associ es des diff rences dans le m tabolisme de la communaut microbienne. Le pontage gastrique de Roux-en-Y produit |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | des diminutions prononc es du poids et de l'adiposit ainsi qu'une am lioration du m tabolisme du glucose - des changements qui ne sont pas attribuables simplement une diminution de l'apport calorique ou une r duction de l'absorption des nutriments. Les analyses de l'ARNr 16S ont document que les changements dans le microbiote intestinal apr s cette chirurgie sont conserv s chez les souris, les rats et les humains ; des tudes animales ont d montr ces changements le long de l'intestin mais surtout en aval du site de manipulation chirurgicale de l'intestin. Notamment, la transplantation du microbiote intestinal de souris ayant subi un pontage gastrique Roux-en-Y des souris sans germes n'ayant pas subi cette chirurgie produit des r ductions de poids et une adiposit non observ es chez les receveurs de microbiotes de souris ayant subi une chirurgie fictive. Le microbiote intestinal conf re une protection contre le d veloppement du diab te sucr de type 1 dans le mod le de souris diab tique non ob se (NOD). L'incidence de la maladie est significativement plus faible chez les souris NOD m les lev es de mani re conventionnelle que chez leurs homologues femelles, tandis que les m les exempts de germes sont aussi sensibles que leurs homologues femelles. La castration des hommes augmente l'incidence de la maladie, tandis que le traitement aux androg nes des femmes offre une protection. Le transfert du microbiote intestinal des souris NOD m les adultes aux sevrages NOD femelles est suffisant pour r duire la gravit de la maladie par rapport celle des femelles recevant un microbiote d'une femelle adulte ou d'une femelle non manipul e. Le blocage de la protection par le traitement par le flutamide met en vidence un r le fonctionnel de la signalisation de la testost rone dans cette protection m di e par le microbiote contre le diab te de type 1. Les souris NOD d ficientes en MyD88, un composant cl de la voie de signalisation TLR, ne d veloppent pas de diab te et pr sentent une abondance relative accrue de membres du taxon familial Lactobacillaceae. Conform ment ces r sultats, les chercheurs ont document des niveaux de repr sentation des membres du genre Lactobacillus plus faibles chez les enfants atteints de diab te de type 1 que chez les t moins sains. Il a t d montr que les composants des lactobacilles favorisent l'int grit de la barri re intestinale. Des tudes dans divers mod les animaux indiquent que la translocation de composants bact riens, y compris les lipopolysaccharides bact riens, travers une barri re intestinale qui fuit d clenche une inflammation de faible intensit , ce qui contribue la r sistance l'insuline. Les souris d ficientes en TLR5 pr sentent des alt rations du microbiote intestinal et de l'hyperphagie, et elles d veloppent des caract ristiques du syndrome m tabolique, notamment l'hypertension, l'hyperlipid mie, la r sistance l'insuline et une adiposit accrue. Le microbiote intestinal r gule la biosynth se ainsi que le m tabolisme des produits d riv s de l'h te ; ces produits peuvent signaler travers les r cepteurs de l'h te de fa onner la physiologie de l'h te. Un exemple de cette symbiose est fourni par les acides biliaires, qui dirigent les effets m taboliques qui sont largement m di s par le r cepteur farn so de X (FXR, galement connu sous le nom de NR1H4). Chez les souris d ficientes en leptine, le d ficit en FXR prot ge contre l'ob sit et am liore la sensibilit l'insuline. Chez les souris souffrant d'ob sit induite par le r gime alimentaire qui sont soumises une gastrectomie manchon vertical, la proc dure chirurgicale entra ne des niveaux lev s d'acides biliaires circulants, des modifications du microbiote intestinal, une perte de poids et une am lioration de l'hom ostasie du glucose. Cependant, la perte de poids et l'am lioration de la sensibilit l'insuline sont att nu es chez les animaux pr sentant une d ficience en FXR modifi e. M tabolisme x nobiotique Les preuves s'accumulent que les tudes pharmacog nomiques doivent tenir compte du r pertoire g n tique pr sent dans notre Le g nome de H. sapiens ainsi que celui de nos microbiomes. Par exemple, la digoxine est inactiv e par la bact rie intestinale humaine Eggerthella lenta, mais seulement par des souches avec un op ron contenant un cytochrome. L'expression de cet op ron est induite par la digoxine et inhib e par l'arginine. Des tudes chez des souris gnotobiotiques ont tabli que les prot ines alimentaires affectent (r duisent) le m tabolisme microbien de la digoxine, avec des alt rations correspondantes des taux du m dicament dans le s rum et l'urine. Ces r sultats renforcent la n cessit de prendre en compte la diversit au niveau des souches dans le microbiote intestinal lors de l'examen des variations interpersonnelles du m tabolisme des m dicaments administr s par voie orale. Caract risation des effets du microbiote humain sur la biologie de l'h te chez la souris et l |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | 'homme Les questions sur la relation entre les communaut s microbiennes humaines et l' tat de sant peuvent tre pos es dans le format g n ral suivant : Existe-t-il une configuration coh rente du microbiote d finissable dans la population tudi e qui est associ e un tat pathologique donn ? Comment la configuration est-elle affect e par la r mission/rechute ou par le traitement ? Si une reconfiguration se produit avec le traitement, est-elle durable ? Comment la biologie de l'h te est-elle li e la configuration ou la reconfiguration ? Que se passe-t-il? Les corr lations sont-elles robustes pour les individus de diff rentes familles et communaut s repr sentant diff rents ges, lieux g ographiques et modes de vie ? Comme dans toutes les tudes impliquant l' cologie microbienne humaine, la question de savoir ce qui constitue un contr le de r f rence appropri est extr mement importante. Devrions-nous choisir la personne elle-m me, les membres de sa famille ou des personnes du m me ge ou du m me sexe vivant dans le m me lieu et repr sentant des traditions culturelles similaires ? De mani re critique, les relations observ es entre la structure de la communaut microbienne et les fonctions exprim es sont-elles une r ponse l' tat de la maladie (c'est- -dire les effets secondaires d'autres processus), ou sont-elles une cause contributive ? En ce sens, nous sommes mis au d fi d' laborer un ensemble de postulats de Koch qui peuvent tre appliqu s des communaut s microbiennes enti res ou des composants de communaut s plut t qu' un seul organisme purifi . Comme dans d'autres circonstances dans lesquelles les exp riences visant d terminer la causalit d'une maladie humaine sont difficiles ou contraires l' thique, les crit res de Hill, qui examinent la force, la coh rence et la plausibilit biologique des donn es pid miologiques, peuvent tre utiles. Les ensembles de jumeaux mono et dizygotes et les membres de leur famille repr sentent une ressource pr cieuse pour lucider initialement les relations entre les expositions environnementales, les g notypes et notre propre cologie microbienne. De m me, les jumeaux monozygotes discordants pour divers tats pathologiques am liorent la capacit de d terminer si diverses maladies peuvent tre li es au microbiote et au microbiome d'une personne. Un plan d' chantillonnage deux paires plut t qu'un plan cas-t moins non apparent conventionnel pr sente des avantages en raison de la forte variabilit inter-familiale de la composition du microbiote/microbiome et du potentiel d' tats multiples d'une communaut associ e la maladie. La transplantation d'un microbiote partir de t moins de donneurs humains appropri s repr sentant diff rents tats et communaut s pathologiques (par exemple, des jumeaux discordants pour une maladie) des souris sans germes est utile pour tablir un r le causal pour la communaut com-86e-9 dans la pathogen se et pour fournir des informations pertinentes sur les m canismes sous-jacents. En outre, la transplantation fournit une plate-forme pr clinique pour identifier les probiotiques de prochaine g n ration, les pr biotiques ou les combinaisons des deux (synbiotiques). L'ob sit et le dysfonctionnement m tabolique associ l'ob sit illustrent ces points. Les microbiotes intestinaux (et les microbiomes) des personnes ob ses sont significativement moins diversifi s que ceux des personnes maigres ; l'implication est qu'il peut y avoir des niches non remplies (fonctions inexprim es) qui contribuent l'ob sit et ses anomalies m taboliques associ es. Le Chatelier et ses coll gues ont observ une distribution bimodale de l'abondance des g nes dans leur analyse de 292 microbiomes f caux : les individus faible nombre de g nes (LGC) comptaient en moyenne 380 000 g nes microbiens par microbiome intestinal, tandis que les individus nombre lev de g nes (HGC) comptaient en moyenne 640 000 g nes. Les personnes atteintes de LGC pr sentaient un risque accru de diab te de type 2 et d'autres anomalies m taboliques, alors que le groupe HGC tait m taboliquement sain. Lorsque le contenu g nique a t utilis pour identifier les taxons qui discriminaient les individus HGC et LGC, les r sultats ont r v l des associations entre les esp ces bact riennes anti-inflammatoires telles que Faecalibacterium prausnitzii et le groupe HGC et entre les esp ces pro-inflammatoires telles que Ruminococcus gnavus et le groupe LGC. Les microbiomes LGC avaient une repr sentation significativement plus grande des g nes attribu s aux modules du cycle de l'acide tricarboxylique, aux peroxydases et aux catalases - une observation sugg rant une plus grande capacit g rer l'exposition l'oxyg ne et le stress oxydatif ; les microbiomes HGC taient enrichis en g nes impliqu s dans la production d'acides organiques, y compris le lactate, le propionate et le butyrate - un r sultat sugg rant une capacit fermentative accrue. La transplantation d'un microbi |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | ote f cal non cultiv partir de jumeaux stables discordants pour l'ob sit ou de collections de cultures bact riennes g n r es partir de leur microbiote transmet leurs ph notypes d'adiposit discordants ainsi que des anomalies m taboliques associ es l'ob sit des souris sans germes receveuses. Le co-logement des souris gnotobiotiques coprophages receveuses entra ne l'invasion d'esp ces bact riennes sp cifiques de la collection de cultures de jumeaux maigres transplant s dans les intestins des compagnons de cage h bergeant la collection de cultures de jumeaux ob ses (mais pas l'inverse), emp chant ainsi ces derniers animaux de d velopper l'ob sit et ses anomalies m taboliques associ es. Il est noter que l'invasion et la pr vention de l'ob sit et des ph notypes m taboliques d pendent du type d'alimentation humaine des animaux : la pr vention est associ e une alimentation pauvre en graisses satur es et riche en fruits et l gumes, mais pas une alimentation riche en graisses satur es et pauvre en fruits et l gumes. Cette approche fournit des preuves d'un r le causal du microbiote dans l'ob sit et ses anomalies m taboliques concomitantes. Elle fournit galement une m thode pour d finir les niches inoccup es dans les communaut s microbiennes associ es la maladie, le r le des composants alimentaires dans la d termination de la fa on dont ces niches peuvent tre remplies par les taxons bact riens d riv s de l'intestin humain, et les effets d'une telle occupation sur le m tabolisme microbien et h te. Il fournit galement un moyen d'identifier les r gimes favorisant la sant et les probiotiques de nouvelle g n ration repr sentant les membres naturels de nos communaut s microbiennes autochtones qui sont bien adapt s pour persister dans un habitat corporel donn . Une cl de cette approche est la capacit de r colter une communaut microbienne chez un donneur repr sentant une physiologie, un tat pathologique, un mode de vie ou une g ographie d'int r t ; de pr server la communaut du donneur en la congelant ; puis de la ressusciter et de la r pliquer chez des animaux gnotobiotiques receveurs multiples qui peuvent tre lev s dans des conditions o les variables environnementales et h tes peuvent tre contr l es et manipul es un degr impossible atteindre dans les tudes cliniques. tant donn que ces souris peuvent tre suivies en fonction du temps avant et apr s la transplantation, en substance, un instantan de la communaut d'un donneur peut tre converti en film. La transplantation d' chantillons intacts de microbiote humain (f cal) non cultiv provenant de plusieurs donneurs repr sentant le ph notype d'int r t, avec l'administration des r gimes alimentaires des donneurs (ou de d riv s de ces r gimes) diff rents groupes de souris, est un moyen d' valuer si les r ponses transmissibles sont des caract ristiques partag es du microbiote ou sont hautement sp cifiques au donneur. Une deuxi me tape consiste d terminer si le composant cultivable d'un chantillon repr sentatif du microbiote peut transmettre le (s) ph notype(s) observ (s) avec l' chantillon intact non cultiv . La possession d'une collection d'organismes cultiv s qui ont co- volu dans l'habitat corporel d'un donneur donn ouvre la voie Chapitre 86e Le microbiome humain pour la s lection des sous-ensembles de la collection tester chez les souris gnotobiotiques, la d termination des membres responsables de l'effet du ph notype et l' lucidation des m canismes sous-jacents ces effets. Les mod les utilis s peuvent clairer la conception et l'interpr tation des tudes cliniques des individus et des populations m mes dont le microbiote est s lectionn pour cr er ces mod les. La transplantation de microbiote f cal interhumain (FMT) est actuellement le moyen le plus direct d' tablir la preuve de concept d'un r le causal du microbiote dans la pathogen se de la maladie. Les excr ments d'un donneur humain sont fournis un receveur par sonde nasogastrique ou par une autre technique. De nombreux petits essais ont document les effets de la FMT des donneurs sains aux receveurs atteints de maladies allant de l'infection C. difficile la maladie de Crohn, la colite ulc reuse et au diab te de type 2. Seules quelques-unes de ces tudes ont utilis une conception en double aveugle, contr l e par placebo. Dans un essai contr l en double aveugle impliquant des hommes g s de 21 65 ans ayant un indice de masse corporelle >30 kg/m2 et une r sistance l'insuline document e, la FMT a t r alis e l'aide d'un microbiote provenant de donneurs maigres m taboliquement sains ou des participants l' tude eux-m mes. Un microbiote provenant de donneurs maigres a significativement am lior la sensibilit l'insuline p riph rique par rapport celle des t moins. Ce changement a t associ une augmentation de l'abondance relative des bact ries productrices de butyrate li es Roseburia intestinalis (dans les f ces) et Eubacteri |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | um hallii (dans l'intestin gr le). L'efficacit de la FMT pour le traitement de l'infection C. difficile r cidivante a t valu e dans un certain nombre de petits essais. Un essai contr l contre placebo en aveugle a valu l'utilisation de la FMT chez 42 patients atteints d'une infection C. difficile r currente (d finie comme au moins une rechute apr s un traitement par vancomycine ou m tronidazole pendant 10 jours). Les patients ont t pr trait s avec de la vancomycine orale. Le groupe exp rimental a ensuite re u une FMT par sonde nasoduod nale de donneurs volontaires sains (<60 ans) s lectionn s dans la communaut . Les t moins ont subi un lavage st rile ou ont re u de la vancomycine par voie orale seule. En 10 semaines de suivi, l'infection a t gu rie (avec une gu rison d finie par trois tests f caux n gatifs pour la toxine C. difficile) chez 81 % des patients dans le groupe FMT (13 sur 16), mais chez seulement 23 % (3 sur 13) dans le groupe contr le du vagin et 31 % (4 sur 13) dans le groupe vancomycine seule. L'analyse m tag nomique des chantillons de microbiote pr lev s avant et apr s le traitement a r v l une repr sentation accrue des grappes IV et XIVa de Bacteroidetes et Clostridium, ainsi qu'une diminution de 100 fois de l'abondance relative des prot obact ries, dans le groupe FMT. Une m ta-analyse de la FMT dans l'infection C. difficile a examin 20 publications en s rie de cas, 15 rapports de cas et l' tude non aveugle d crite ci-dessus. Toutes ces tudes sauf une ont utilis des chantillons de mati res f cales fra ches (non congel es). La s lection des donneurs variait, bien que la plupart des donneurs taient des membres de la famille ou des proches et que la plupart des tudes excluaient les donneurs qui avaient r cemment re u des antibiotiques. Il convient de noter que les concentrations de selles de donneurs infus es variaient consid rablement (c'est- -dire de 5 g 200 g, remises en suspension dans 10 500 ml) ; ces suspensions f cales ont t introduites diff rents endroits le long du tractus gastro-intestinal, y compris l'estomac et les points dans l'intestin gr le et le c lon. La r solution de l'infection, qui a t fr quemment valu e sur la base de la r solution des sympt mes (avec des tests de d pistage de la toxine C. difficile rarement effectu s), a t document e chez 87 % (467) des 536 patients trait s. Les v nements ind sirables les plus fr quents signal s taient la diarrh e (94 % des cas) et les crampes abdominales (31 %) le jour de la perfusion. La m ta-analyse tait limit e aux r sultats cliniques et n'abordait pas sp cifiquement le r le du microbiote dans la r solution de la maladie (par exemple, l' tendue de l'invasion des taxons de donneurs ; leur persistance ; ou les effets long terme de la transplantation sur diverses facettes de la biologie de l'h te, qui n'ont g n ralement pas t valu es). Une consid ration sobre et r fl chie doit tre appliqu e l'utilisation th rapeutique de la FMT, qui repr sente une approche pr coce et rudimentaire de la manipulation du microbiote qui sera tr s probablement remplac e par l'administration de collections d finies de membres s quenc s et cultiv s du microbiote humain (consortiums probiotiques). Un certain nombre de rapports publi s sur le FMT ont attir l'attention du public. Cette attention, associ e une appr ciation croissante par le public de la nature b n fique de nos interactions avec les microbes, exige que le principe de pr caution soit respect et que les risques par rapport aux avantages de ces interventions soient soigneusement valu s. ce jour, la plupart des essais FMT n'ont pas r ussi d finir (ou ont diff r ) des facteurs de confusion importants, y compris (1) les crit res utilis s pour la s lection des chantillons de donneurs ; (2) les m thodes utilis es pour la pr paration et la caract risation des chantillons de donneurs ainsi que la d cision de cr er ou non un r f rentiel pour les chantillons de donneurs et de receveurs qui permettra des analyses r trospectives (et des m ta-analyses pour des tats pathologiques donn s) ; l' laboration de normes minimales pour valuer l'invasion des communaut s intestinales des receveurs par les taxons du microbiote du donneur (en utilisant des m thodes de suivi des sources microbiennes) ainsi que le moment, la dur e, la nature et l' tendue de l' chantillonnage du receveur en fonction de la transplantation ; (4) l'adoption de normes minimales pour la collecte des donn es cliniques des patients (par exemple, l' ge, le r gime alimentaire, l'utilisation d'antibiotiques) et la cr ation de bases de donn es pour entrer ces donn es (y compris l'utilisation d'un vocabulaire d fini pour annoter les donn es cliniques) ; et (5) l' laboration de normes pour le consentement clair au lieu de la connaissance des effets long terme de la proc dure. Le paysage r glementaire volue. La Food and Drug Administration des tats-Unis a r cemment publi une |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | politique d'application de la loi portant sp cifiquement sur l'utilisation de la FMT pour le traitement de l'infection r currente C. difficile ; cette politique indique que l'agence a l'intention d'exercer son pouvoir discr tionnaire en mati re d'application de la loi en ce qui concerne les exigences relatives aux nouveaux m dicaments exp rimentaux (IND) pour l'utilisation de la FMT pour traiter infection difficile ne r pondant pas aux th rapies standard , mais il ne renonce pas aux exigences de la DCI pour les autres tudes FMT. La conception des tudes sur le microbiome humain volue rapidement, en partie parce que les donn es sont tr s multivari es, sont compositionnelles et ne r pondent pas aux hypoth ses de distribution des tests statistiques standard tels que l'analyse de la variance. Par cons quent, le nombre appropri de sujets inscrire et les populations appropri es cibler restent tablir. Une approche utile consiste passer en revue les tudes publi es et se demander si la conclusion rapport e pourrait tre obtenue avec moins de sujets (rar faction de l' chantillon) et/ou moins de lectures de s quen age des g nes d'ARNr SSU, de l'ADN de la communaut enti re (microbiomes) ou de l'ARNm de la communaut exprim e (m tatranscriptomes) par sujet (rar faction de la s quence). Un probl me courant mais critique viter est le sous- chantillonnage des types d'objets l' tude. Par exemple, si l'objectif est de comparer les facteurs s'appliquant aux individus (par exemple, l'alimentation individuelle), des dizaines d'individus dans chaque cat gorie clinique peuvent tre n cessaires. Si l'objectif est de comparer les facteurs s'appliquant aux populations (par exemple, les propri t s d mographiques), de nombreuses populations peuvent tre n cessaires. Une autre question cl est de savoir si l'ampleur de l'effet tudier, en particulier en m ta-analyse, est sup rieure ou inf rieure aux effets techniques. Comme indiqu ci-dessus, diff rentes amorces PCR conduiront diff rentes lectures de la taxonomie d'une communaut microbienne ; ces diff rences sont, par exemple, sup rieures aux diff rences entre le microbiote f cal des sujets maigres et ob ses, mais inf rieures la diff rence entre les communaut s f cales chez les nouveau-n s et les adultes. L'un des principaux d fis de la recherche sur le microbiome humain consiste d terminer dans quelle mesure les tests de diagnostic et les approches th rapeutiques sont g n ralisables. Ce d fi est illustr par des tudes sur la capacit des microbiomes intestinaux m taboliser les m dicaments administr s par voie orale. Les r sultats pourraient tre tr s instructifs pour l'industrie pharmaceutique qui cherche des moyens nouveaux et plus pr cis de pr dire la biodisponibilit et la toxicit . Cependant, ces tudes devraient inciter prendre en compte le fait que de nombreux essais cliniques sont externalis s dans des pays o les participants aux essais ont des r gimes alimentaires et des structures de communaut s microbiennes qui diff rent de ceux des destinataires initiaux du m dicament (commercialis ). La capture et la pr servation du large ventail de diversit microbienne pr sente dans diff rentes populations humaines - et donc de la capacit de nos communaut s microbiennes catalyser des biotransformations labor es et bien des gards non caract ris es - repr sentent un terrain potentiellement fertile pour la d couverte de nouveaux m dicaments (et de nouveaux processus industriels de valeur soci tale). Les entit s chimiques que nos communaut s microbiennes ont volu pour synth tiser afin de soutenir leurs relations mutuellement b n fiques et les g nes humains que ces chimiotypes influencent peuvent devenir de nouvelles classes de m dicaments et de nouvelles cibles pour la d couverte de m dicaments, respectivement. Par cons quent, la caract risation des groupes d'individus vivant dans des pays qui subissent des transformations rapides des traditions culturelles et des conditions socio- conomiques et qui sont t moins de l' mergence d'une vari t de maladies associ es des modes de vie de plus en plus occidentaux (mondialisation) est un d fi opportun. Les tudes de cohorte de naissance (y compris les tudes sur les jumeaux) lanc es tous les 10 ans dans ces pays pourraient tre en mesure de saisir l'impact de la mondialisation, y compris l' volution des r gimes alimentaires, sur l' cologie microbienne humaine. Bien que les diagnostics et les th rapies associ s au microbiome apportent des dimensions nouvelles et passionnantes la m decine personnalis e, il convient de pr ter attention l'impact soci tal potentiellement large de ce travail. Par exemple, les tudes sur le microbiome intestinal humain sont susceptibles d'avoir un effet perturbateur sur les vues actuelles de la nutrition humaine, am liorant l'appr ciation de la fa on dont les aliments et la production m tabolique des interactions des composants alimentaire |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | s avec le microbiote sont intimement li s une myriade de caract ristiques de la biologie humaine. Les efforts visant lucider les relations entre les aliments, le microbiome et la nutrition humaine reposent sur la n cessit de d velopper de mani re proactive des mat riels de sensibilisation ducative avec un r cit et un vocabulaire compr hensibles par des populations de consommateurs larges et vari es repr sentant diff rentes traditions culturelles et des degr s tr s vari s de culture scientifique. Les r sultats ont le potentiel de catalyser les efforts visant int grer les politiques et les pratiques agricoles, la production alimentaire et les recommandations nutritionnelles pour les populations de consommateurs repr sentant diff rents ges, lieux g ographiques et tats de sant . La d finition de notre m tag nome (les g nes int gr s dans notre g nome de H. sapiens plus ceux de notre microbiome) conduira probablement un tout nouveau niveau de raffinement dans notre description de soi, notre volution g n tique, 86e-11 notre d veloppement postnatal, l'h ritage microbien de notre connexion la famille et les cons quences de nos choix de vie personnels. Bien que ces informations puissent nous aider comprendre les origines de certaines disparit s de sant encore inexpliqu es, il faut prendre soin d' viter la stigmatisation d'individus ou de groupes d'individus ayant des normes culturelles, des syst mes de croyances ou des comportements diff rents. En partenariat avec des chercheurs en microbiome humain, les anthropologues doivent examiner l'impact des tudes du microbiome humain sur les participants, en valuant comment ce domaine et les traditions culturelles des participants interagissent pour affecter les perceptions de ces individus sur le monde naturel, les forces qui affectent leur vie et leurs liens les uns avec les autres dans le contexte de la famille et de la communaut . Les tudes de l' cologie microbienne humaine sont une manifestation importante du progr s dans les sciences du g nome, repr sentent une tape opportune dans notre qu te pour mieux comprendre notre place dans le monde naturel et refl tent l' volution de la m decine du XXIe si cle sur la pr vention des maladies, les nouvelles d finitions de la sant , les nouvelles fa ons de d terminer les origines des diff rences biologiques individuelles et les nouvelles approches pour valuer l'impact des changements de nos modes de vie et de la biosph re sur notre biologie. Au fur et mesure que les diagnostics et les th rapies dirig s par le microbiome mergent, nous devons tre sensibles l'impact soci tal de ce travail. Chapitre 86e Le microbiome humain qui d fie la discipline. Les biologistes tudient la r ponse exp rimentale d'une variable d'int r t dans une cellule ou un organisme tout en maintenant toutes les autres variables constantes. De cette fa on, il est possible de diss quer les composants individuels d'un syst me biologique et de supposer qu'une compr hension approfondie d'un composant sp cifique (par exemple, une enzyme ou un facteur de transcription) fournira un aper u suffisant pour expliquer le comportement global de ce syst me (par exemple, une voie m tabolique ou un r seau de g nes, respectivement). Les syst mes biologiques sont cependant beaucoup plus complexes que cette approche ne le suppose et manifestent des comportements qui, souvent (sinon invariablement), ne peuvent tre pr dits partir de la connaissance de leurs composants caract ris s isol ment. La reconnaissance croissante de cette lacune de la recherche biologique conventionnelle a conduit au d veloppement d'une nouvelle discipline, la biologie des syst mes, qui est d finie comme l' tude holistique des organismes vivants ou de leurs composants de r seaux cellulaires ou mol culaires pour pr dire leur r ponse aux perturbations. Les concepts de biologie des syst mes peuvent tre facilement appliqu s aux maladies et aux th rapies humaines et d finissent le domaine de la pathobiologie des syst mes, dans lequel les perturbations g n tiques ou environnementales produisent des maladies et les perturbations m dicamenteuses r tablissent le comportement normal du syst me. La biologie des syst mes a volu partir du domaine de l'ing nierie des syst mes dans lequel une collection li e de composants constitue un r seau dont l'ing nieur souhaite pr dire la sortie. L'exemple simple d'un circuit lectronique peut tre utilis pour illustrer certains concepts de base de l'ing nierie des syst mes. Tous les l ments individuels du circuit - r sistances, condensateurs, transistors - ont des propri t s bien d finies qui peuvent tre caract ris es avec pr cision. Cependant, ils peuvent tre reli s (c bl s ou configur s) de diverses mani res, chacune produisant un circuit dont la r ponse la tension qui lui est appliqu e est diff rente de la r ponse de toutes les autres configurations. Pour pr dire le comportement du circuit (c'est- -dire du syst me), l'ing n |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | ieur doit tudier sa r ponse la perturbation (par exemple, la tension appliqu e travers lui) de mani re holistique plut t que les r ponses de ses composants individuels cette perturbation. En d'autres termes, le comportement r sultant du syst me est sup rieur (ou diff rent) de la simple somme de ses parties, et l'ing nierie des syst mes utilise des approches math matiques rigoureuses pour pr dire ces r ponses complexes, souvent non lin aires. Par analogie avec les syst mes biologiques, on peut penser qu'une connaissance d taill e d'une seule enzyme dans une voie m tabolique ou d'un seul facteur de transcription dans un r seau g nique ne fournira pas suffisamment de d tails pour pr dire la sortie de cette voie m tabolique ou de ce r seau transcriptionnel, respectivement. Une approche fond e sur les syst mes Il a fallu beaucoup de temps aux biologistes pour appr cier l'importance des approches syst miques des probl mes biom dicaux. Le r ductionnisme r gne en ma tre depuis de nombreuses d cennies, en grande partie parce qu'il est exp rimentalement et analytiquement plus simple que l'holisme, et parce qu'il a fourni des informations sur les m canismes biologiques et la pathogen se de la maladie qui ont conduit des th rapies r ussies. Cependant, le r ductionnisme ne peut pas r soudre tous les probl mes biom dicaux. Par exemple, les effets dits hors cible des nouveaux m dicaments qui limitent fr quemment leur adoption refl tent probablement l' chec d'un m dicament tudier dans un contexte holistique, c'est- -dire l'incapacit explorer toutes les actions possibles en dehors de l'action cible principale pour laquelle il a t d velopp . D'autres approches pour comprendre la biologie sont donc clairement n cessaires. Avec le nombre croissant d'ensembles de donn es g nomiques, prot omiques et m tabolomiques dans lesquels des changements dynamiques dans l'expression de nombreux g nes et de nombreux m tabolites sont enregistr s apr s une perturbation et avec la croissance d'approches math matiques rigoureuses pour analyser ces changements, le terrain a t pr par pour appliquer les principes d'ing nierie des syst mes la biologie moderne. Les physiologistes ont toujours eu une perspective plus (bio)technique sur la conduite de leurs tudes et ont t parmi les premiers biologistes des syst mes. Pourtant, quelques exceptions pr s, ils se sont galement concentr s sur des syst mes physiologiques relativement simples qui sont traitables en utilisant des approches r ductionnistes conventionnelles 87e-1. Les efforts de mod lisation int grative des syst mes physiologiques humains, comme l'a d'abord tent Guyton pour la r gulation de la pression art rielle, repr sentent une application de l'ing nierie des syst mes la biologie humaine. Ces mod les physiologiques dynamiques se concentrent souvent sur la r ponse aigu d'un param tre physiologique mesurable une perturbation du syst me, et le font dans une perspective analytique classique dans laquelle tous les d terminants physiologiques conventionnels du param tre de sortie sont connus et peuvent tre mod lis s quantitativement. Jusqu' r cemment, l'analyse des syst mes mol culaires tait limit e en raison d'une connaissance insuffisante des d terminants mol culaires d'un syst me biologique d'int r t. Bien que les biochimistes abordent les voies m taboliques du point de vue des syst mes depuis plus de 50 ans, leurs efforts ont t limit s par l'insuffisance des informations cl s pour chaque enzyme (KM, kcat et concentration) et substrat (concentration) dans la voie. Avec des ensembles de donn es mol culaires de plus en plus riches disponibles pour les analyses syst miques, y compris les donn es g nomiques, transcriptomiques, prot omiques et m tabolomiques, les biochimistes sont maintenant pr ts utiliser des approches de biologie des syst mes pour explorer les ph nom nes biologiques et pathobiologiques. Pour comprendre comment appliquer au mieux les principes de la biologie des syst mes la biom decine humaine, il est n cessaire de passer bri vement en revue les l ments constitutifs de tout syst me biologique et les d terminants de la complexit du syst me. Tous les syst mes peuvent tre analys s en d finissant leur topologie statique (architecture) et leur r ponse dynamique (c.- -d. d pendante du temps) la perturbation. Dans la discussion qui suit, les propri t s du syst me sont d crites qui d coulent des cons quences de la topologie (forme) ou de la r ponse dynamique (fonction). Tout syst me d' l ments en interaction peut tre repr sent sch matiquement comme un r seau dans lequel les l ments individuels sont repr sent s comme des n uds et leurs connexions sont repr sent es comme des liens. La nature des liens entre les n uds refl te le degr de complexit du syst me. Les syst mes simples sont ceux dans lesquels les n uds sont lin airement li s des r troactions occasionnelles ou des boucles d'anticipation modulant le d bit du syst me |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | de mani re hautement pr visible. En revanche, les syst mes complexes sont des n uds li s dans des r seaux non lin aires plus complexes ; le comportement de ces syst mes est par d finition plus difficile pr dire en raison de la nature des liens en interaction, de la d pendance du comportement du syst me ses conditions initiales et de l'incapacit de mesurer l' tat global du syst me un moment donn avec une grande pr cision. Les syst mes complexes peuvent tre d crits comme un r seau de composants ou de modules interagissant de faible complexit , chacun pouvant tre r duit des motifs canoniques analysables plus simples (tels que des boucles de r troaction et de r troaction, ou une autor gulation n gative et positive) ; cependant, une propri t centrale des syst mes complexes est que la simplification de leurs structures en identifiant et en caract risant les n uds et les liens individuels ou m me des sous-structures plus simples ne donne pas n cessairement une compr hension pr visible du comportement d'un syst me. Ainsi, le syst me fonctionnel est sup rieur (ou diff rent) de la somme de ses parties individuelles et tractables. D finis de cette mani re, la plupart des syst mes biologiques sont des syst mes complexes qui peuvent tre repr sent s comme des r seaux dont les comportements ne sont pas facilement pr visibles partir de simples principes r ductionnistes. Les n uds, par exemple, peuvent tre des m tabolites qui sont li s par les enzymes qui provoquent leurs transformations, des facteurs de transcription qui sont li s par les g nes dont ils influencent l'expression, ou des prot ines dans un r seau d'interaction qui sont li es par des cofacteurs qui facilitent les interactions ou par des forces thermodynamiques qui facilitent leur association physique. Les syst mes biologiques sont g n ralement organis s en r seaux de n uds sans chelle, plut t que stochastiques. Les r seaux sans chelle sont ceux dans lesquels quelques n uds ont de nombreux liens vers d'autres n uds (n uds hautement li s ou concentrateurs), mais la plupart des n uds n'ont que quelques liens (n uds faiblement li s). Le terme sans chelle fait r f rence au fait que la connectivit des n uds du r seau est invariante par rapport la taille du r seau. Ceci est assez diff rent de deux autres architectures de r seau courantes : les distributions al atoires (Poisson) et exponentielles. Les r seaux sans chelle peuvent tre d crits math matiquement par une loi de puissance qui d finit la probabilit du nombre de Chapitre 87e M decine de r seau : Biologie des syst mes dans la sant et la maladie FiguRE 87e-1 Repr sentations r seau et leurs r partitions. Un r seau al atoire est repr sent gauche, et sa distribution de Poisson du nombre de connexions nodales (k) est repr sent e dans le graphique ci-dessous. Un r seau sans chelle est repr sent droite, et sa distribution de la loi de puissance du nombre de connexions nodales (k) est illustr e dans le graphique ci-dessous. Les n uds hautement connect s (concentrateurs) sont l g rement ombrag s. liens par n ud (P[k] = k [ ], o k est le nombre de liens par n ud et est la pente du diagramme log P[k] versus log[k]) ; cette propri t unique de la plupart des r seaux biologiques est le reflet de leur auto-similarit ou de leur nature fractale (Fig. 87e-1). Il existe des propri t s uniques des syst mes biologiques sans chelle qui refl tent leur volution et favorisent leur adaptabilit et leur survie. Les r seaux biologiques ont probablement volu un n ud la fois dans un processus dans lequel les nouveaux n uds sont plus susceptibles de se lier un n ud hautement connect qu' un n ud peu connect . En outre, les r seaux sans chelle peuvent devenir peu li s les uns aux autres, donnant des topologies sans chelle plus complexes et modulaires. Cette croissance volutive des r seaux biologiques a trois propri t s importantes qui affectent le fonctionnement et la survie du syst me. Tout d'abord, cet ajout sans chelle de nouveaux n uds favorise la redondance du syst me, ce qui minimise les cons quences des erreurs et s'adapte aux perturbations n gatives du syst me de mani re robuste avec des effets minimes sur les fonctions critiques ( moins que les n uds hautement connect s ne soient au centre de la perturbation). Deuxi mement, cette redondance du r seau qui en r sulte offre un avantage de survie au syst me. Dans les r seaux de g nes complexes, par exemple, les mutations ou les polymorphismes dans les g nes faiblement li s expliquent la biodiversit et la variabilit biologique sans perturber les fonctions critiques du syst me ; seules les mutations dans les g nes hautement li s (essentiels) (hubs) peuvent arr ter le syst me et causer la l talit embryonnaire. Troisi mement, les syst mes biologiques sans chelle facilitent la circulation de l'information (par exemple, le flux de m tabolites) travers le syst me par rapport aux syst mes biologiques organis s de man |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | i re al atoire ; cette propri t dite de petit monde du syst me (dans laquelle la nature en grappes des concentrateurs fortement li s d finit un voisinage local au sein du r seau qui communique par des liens plus faibles et moins fr quents avec d'autres grappes) minimise le co t nerg tique de l'action dynamique du syst me (par exemple, minimise le temps de transition entre les tats dans un r seau m tabolique). Ces principes d'organisation de base des syst mes biologiques complexes conduisent trois propri t s uniques qui n cessitent une attention particuli re. Tout d'abord, les syst mes biologiques sont robustes, ce qui signifie qu'ils sont assez stables en r ponse la plupart des changements des conditions externes ou des modifications internes. Deuxi mement, un corollaire de la propri t de robustesse est que les syst mes biologiques complexes sont b cl s, ce qui signifie qu'ils sont insensibles aux changements des conditions externes ou aux modifications internes, sauf dans certaines conditions rares (c'est- -dire lorsqu'un concentrateur est impliqu dans le changement). Troisi mement, les syst mes biologiques complexes pr sentent des propri t s mergentes, ce qui signifie qu'ils manifestent des comportements qui ne peuvent tre pr dits partir des principes r ductionnistes utilis s pour caract riser leurs composants. Des exemples de comportement mergent dans les syst mes biologiques comprennent des oscillations spontan es et auto-entretenues dans la glycolyse ; des ondes de d polarisation en spirale et en spirale dans le tissu cardiaque qui provoquent des arythmies r entrantes ; et des sch mas d'auto-organisation dans les syst mes biochimiques r gis par la diffusion et la r action chimique. Les principes de la biologie des syst mes ont t appliqu s des processus pathologiques complexes avec quelques succ s pr coces. La cl de ces applications est l'identification des propri t s mergentes du syst me l' tude afin de d finir de nouvelles m thodes autrement impr visibles (c'est- -dire, du point de vue r ductionniste) pour r guler la r ponse du syst me. Des approches de biologie des syst mes ont t utilis es pour caract riser les pid mies et les moyens de les contr ler, en tirant parti des propri t s sans chelle du r seau d'individus infect s qui constituent l' pid mie. Gr ce l'utilisation d'une analyse des syst mes d'un r seau d'interaction prot ine-prot ine neurale, des prot ines modificatrices de la maladie uniques ont t identifi es et sont communes un large ventail de troubles neurod g n ratifs c r belleux provoquant des ataxies h r ditaires. L'analyse des syst mes et la construction d'un r seau de maladies d'un r seau d'hypertension art rielle pulmonaire ont conduit l'identification d'un module de maladie unique impliquant une voie r gie par le microARN21. Des mod les de biologie des syst mes ont t utilis s pour diss quer la dynamique de la r ponse inflammatoire en utilisant des changements oscillatoires du facteur de transcription nucl aire (NF) B comme sortie du syst me. Les principes de la biologie des syst mes ont galement t utilis s pour pr dire le d veloppement d'un r seau d'anticorps idiotypiques-antiidiotypiques, d crire la dynamique de la croissance des esp ces dans les biofilms microbiens et analyser la r ponse immunitaire inn e. Dans chacun de ces exemples, une approche de biologie des syst mes (patho) a fourni des informations sur le comportement de ces syst mes complexes qui n'auraient pas pu tre reconnues par le r ductionnisme scientifique conventionnel. Une application unique de la biologie des syst mes la biom decine se situe dans le domaine du d veloppement de m dicaments. Le d veloppement de m dicaments conventionnels implique l'identification d'une prot ine cible potentielle, puis la conception ou le criblage de compos s pour identifier ceux qui inhibent la fonction de cette cible. Cette analyse r ductionniste a identifi de nombreuses cibles potentielles de m dicaments et de m dicaments, mais ce n'est que lorsqu'un m dicament est test sur des mod les animaux ou humains que les cons quences syst miques de l'action du m dicament sont r v l es ; il n'est pas rare que des effets dits hors cible puissent devenir apparents et tre suffisamment ind sirables pour que les chercheurs cessent le d veloppement de l'agent. Un bon exemple de ce probl me est les r sultats inattendus des r gimes base de vitamine B pour abaisser les niveaux d'homocyst ine. Dans ces essais, les taux d'homocyst ine plasmatique ont t r duits efficacement ; cependant, cette r duction n'a eu aucun effet sur les param tres vasculaires cliniques. L'une des explications de ce r sultat est que l'une des vitamines B du r gime, le folate, a une panoplie d'effets sur la prolif ration et le m tabolisme cellulaires qui compensent probablement ses avantages d'abaissement de l'homocyst ine, favorisant la croissance progressive de la plaque ath roscl reuse et ses cons quences sur |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | les v nements cliniques. En plus de ces types de r sultats inattendus exerc s par voies qui n'ont pas t consid r es ab initio, les approches conventionnelles du d veloppement de m dicaments ne prennent g n ralement pas en consid ration la possibilit de comportements mergents de l'organisme ou de la voie m tabolique ou du r seau transcriptionnel d'int r t. Ainsi, une analyse syst mique de m dicaments potentiels (analyse de r seau m dicament-cible) peut b n ficier au paradigme de d veloppement la fois en augmentant la probabilit qu'un compos d'int r t ne manifeste pas d'effets ind sirables impr vus et en promouvant de nouvelles m thodes analytiques pour identifier des points de contr le ou des voies uniques dans les r seaux m taboliques ou g n tiques qui b n ficieraient d'une modulation base de m dicaments. CLASSIFICATION DES MALADIES DES SYST MES PATHOBIOLOGIE ET HUMAN : M DECINE EN R SEAU Peut- tre le plus important, la pathobiologie des syst mes peut tre utilis e pour r viser et affiner la d finition de la maladie humaine. La classification des maladies humaines utilis e dans ce manuel et dans tous les manuels m dicaux d coule de la corr lation entre l'analyse pathologique et les syndromes cliniques qui a commenc au XIXe si cle. Bien que cette approche ait t tr s r ussie, servant de base au d veloppement de nombreuses th rapies efficaces, elle pr sente des lacunes majeures. Ces lacunes comprennent un manque de sensibilit dans la d finition de la maladie pr clinique, un accent principal sur la maladie manifeste, l'incapacit reconna tre les causes diff rentes et potentiellement diff rentiables des pathoph notypes courants un stade avanc , et une capacit limit e incorporer le nombre croissant de d terminants mol culaires et g n tiques du pathoph notype dans le sch ma de classification conventionnel. Deux exemples illustreront la faiblesse des analyses de corr lation simples fond es sur le principe r ductionniste de simplification (rasoir d'Occam) dans la d finition de la maladie humaine. La dr panocytose, le trouble mend lien classique , est caus e par une substitution de Val6Gln dans la cha ne de l'h moglobine. Si l'enseignement g n tique conventionnel tient, cette seule mutation devrait conduire un seul ph notype chez les patients qui l'h bergent (corr lation g notype-ph notype). Cette hypoth se est toutefois fausse, car les patients atteints de dr panocytose manifestent une vari t de pathoph notypes, notamment une an mie h molytique, un accident vasculaire c r bral, un syndrome thoracique aigu, un infarctus osseux et une crise douloureuse, ainsi qu'un ph notype ouvertement normal. Les raisons de ces diff rentes pr sentations ph notypiques comprennent la pr sence de g nes ou de produits g niques modificateurs de la maladie (par exemple, l'h moglobine F, l'h moglobine C, la glucose-6-phosphate d shydrog nase), l'exposition des facteurs environnementaux ind sirables (par exemple, l'hypoxie, la d shydratation) et les d terminants g n tiques et environnementaux des pathoph notypes interm diaires communs (c.- -d., les variations de ces m canismes pathologiques g n riques sous-jacents toutes les maladies humaines - inflammation, thrombose/h morragie, fibrose, prolif ration cellulaire, apoptose/n crose, r ponse immunitaire). Un deuxi me exemple noter est l'hypertension art rielle pulmonaire familiale. Ce trouble est associ plus de 100 mutations diff rentes dans trois membres de la super-famille du facteur de croissance transformant (TGF- ) : le r cepteur-2 de la prot ine morphog n tique osseuse (BMPR-2), la kinase-1 semblable au r cepteur de l'activine (Alk-1) et l'endogline. Tous ces diff rents g notypes sont associ s un pathoph notype commun, et chacun conduit ce pathoph notype par des m canismes mol culaires qui vont de l'haploinsuffisance aux effets n gatifs dominants. Comme seulement environ un quart des individus dans les familles qui abritent ces mutations manifestent le pathoph notype, d'autres g nes modificateurs de la maladie (par exemple, 87e-3 le r cepteur de la s rotonine 5-HT2B, le transporteur de la s rotonine 5-HTT), les d terminants g nomiques et environnementaux des pathoph notypes interm diaires communs et les expositions environnementales (par exemple, hypoxie, agents infectieux [VIH], anorexig nes) expliquent probablement la p n tration incompl te du trouble. Sur la base de ces exemples et de nombreux autres exemples connexes, on peut aborder la maladie humaine du point de vue de la pathobiologie des syst mes dans laquelle chaque maladie peut tre d crite comme un r seau qui comprend les modules suivants : les l ments d terminants primaires de la maladie du g nome (ou du prot ome, s'il est modifi post-traductionnellement), les l ments modificateurs de la maladie du g nome ou du prot ome, les d terminants environnementaux et les d terminants g nomiques et environnementaux des pathoph notypes interm diaires g n riques. L |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | a figure 87e-2 d crit graphiquement ces relations g notype-ph notype sous forme de modules pour les six types de maladies courantes avec des exemples sp cifiques pour chaque type. La figure 87e-3 montre une repr sentation en r seau de la dr panocytose en utilisant ce type d'approche modulaire. Goh et ses coll gues ont d velopp le concept d'un r seau de maladies humaines (Fig. 87e-4) dans lequel ils ont utilis une approche syst mique pour caract riser les associations maladies-g nes r pertori es dans la base de donn es Online Mendelian Inheritance in Man. Leur analyse a montr que les g nes li s des troubles similaires sont plus susceptibles d'avoir des produits qui s'associent physiquement et une plus grande similitude entre leurs profils de transcription que les g nes non associ s des troubles similaires. De plus, les prot ines associ es au m me pathoph notype sont significativement plus susceptibles d'interagir les unes avec les autres qu'avec d'autres prot ines non associ es au pathoph notype. Enfin, ces auteurs ont montr que la grande majorit des g nes associ s la maladie ne sont pas des g nes hautement connect s (c'est- -dire pas des concentrateurs) et sont g n ralement des n uds faiblement li s la p riph rie fonctionnelle du r seau dans lequel ils op rent. Ce type d'analyse valide l'importance potentielle de d finir la maladie sur la base des d terminants pathobiologiques de ses syst mes. De toute vidence, cela n cessitera une dissection plus minutieuse des l ments mol culaires dans les voies pertinentes (c'est- -dire un pathoph notypage mol culaire plus pr cis), une moins grande d pendance aux manifestations manifestes de la maladie pour leur classification et une compr hension de la dynamique (et pas seulement de l'architecture statique) des r seaux pathobiologiques qui sous-tendent les pathoph notypes ainsi d finis. La figure 87e-5 illustre les l ments d'un r seau mol culaire dans lequel un module de maladie est contenu. Ce r seau est d'abord identifi en d terminant les interactions (physiques ou r glementaires) entre les prot ines ou les g nes qui le composent (l ' interactome ). Ces interactions d finissent alors un module topologique au sein duquel existent des modules fonctionnels (voies) et des modules de maladie. Une approche pour construire ce module est illustr e dans la Fig. 87e-6. Des exemples de l'utilisation de cette approche dans la d finition de nouveaux d terminants de la maladie sont donn s dans le tableau 87e-1. Chapitre 87e M decine de r seau : Biologie des syst mes dans la sant et la maladie Ataxies h r ditaires Beaucoup d'ataxies causant Lim et al : Cell 125:801prot ines partagent Interact-814, 2006 ING partenaires qui affectent la neurod g n rescence Diab te sucr M tabolite-prot ine Wang-Sattler et al : Mol network analysis links Syst Biol 8:615, 2012 three unique metabolite abnormalities in prediabetics to seven type 2 diabetes genes through four enzymes Le prot ome infectieux viral du virus d'Ebstein-Barr exerce ses effets Gulbahce et al : PLoS tion en reliant One 8 :e1002531, 2012 l'interactome h te Analyse du r seau art riel pulmonaire indi-Parikh et al : Circulation hypertension cates adaptive role for 125:1520-1532, 2012 microRNA 21 in suppressing rho kinase pathway 87e-4 Classsic mendelian disorder : Classic mendelian disorder : Classic mendelian disorder : Exemple Trouble polyg nique : ph notype unique Hypertension essentielle: Trouble polyg nique : ph notypes multiples Cardiopathie isch mique EBS FIGuRE 87e-2 Exemples de repr sentations modulaires de la maladie humaine. D, g nome ou prot ome secondaire de la maladie humaine ; E, d terminants environnementaux ; G, g nome ou prot ome primaire de la maladie humaine ; I, ph notype interm diaire ; P, pathoph notype. (Reproduit avec la permission de J Loscalzo et al : Molec Syst Biol 3:124, 2007.) Comme autre consid ration potentielle, on peut soutenir que la maladie refl te les cons quences un stade avanc de la pr dilection d'un syst me d'organes manifester un pathoph notype interm diaire particulier en r ponse une blessure. Ce paradigme refl te une vision de la causalit inverse dans laquelle une maladie est d finie comme une tendance une inflammation, une thrombose ou une fibrose accrue apr s une perturbation pr judiciable. Lorsque le processus est manifeste (c.- -d., l'organe dans lequel il se produit) est moins important que ce qu'il se produit ( l'exception des cons quences physiopathologiques sp cifiques l'organe qui peuvent n cessiter une attention aigu ). Par exemple, de ce point de vue, l'infarctus aigu du myocarde (IAM) et ses cons quences sont le reflet d'une thrombose (dans l'art re coronaire), d'une inflammation (dans le myocarde gravement bless ) et d'une fibrose (au niveau du ou des sites de mort cardiomyocytaire). En effet, les principales th rapies pour l'IAM traitent ces pathoph notypes interm diaires (par exemple, |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | les antithrombotiques, les statines) plut t que tout processus de d termination de la maladie sp cifique un organe. Ce paradigme plaiderait en faveur d'une analyse syst mique qui identifierait d'abord les pathoph notypes interm diaires auxquels une personne est pr dispos e, puis d terminerait comment et quand intervenir pour att nuer cette pr disposition d favorable et enfin limiter la probabilit qu'un v nement majeur sp cifique un organe se produise. Les preuves de la validit de cette approche se trouvent dans les travaux de Rzhetsky et de ses coll gues, qui ont examin 1,5 million de dossiers de patients et 161 maladies et ont constat que ces ph notypes de maladies forment un r seau de fortes corr lations par paires. Ce r sultat est coh rent avec la notion selon laquelle les pr dispositions g n tiques sous-jacentes aux pathoph notypes interm diaires constituent la base pr dicative des maladies des organes terminaux d finies de mani re conventionnelle. Ind pendamment de la nature sp cifique de l'approche pathobiologique des syst mes utilis e, ces analyses conduiront une r vision drastique de la fa on dont la maladie humaine est d finie et trait e, tablissant la discipline de la m decine en r seau. Ce processus sera long et compliqu , mais conduira finalement une meilleure pr vention et un meilleur traitement des maladies, et ce, probablement dans une perspective de plus en plus personnalis e. L'analyse de la pathobiologie d'un point de vue syst mique est susceptible d'aider d finir des sous-ensembles sp cifiques de patients plus susceptibles de r pondre des interventions particuli res bas es sur des m canismes de maladie partag s. Bien qu'il soit peu probable que l'extr me de la m decine individualis e soit un jour pratique (ou m me souhaitable), les maladies complexes peuvent tre sous-class es m caniquement et les interventions peuvent tre adapt es aux contextes dans lesquels elles sont plus susceptibles de fonctionner. G5,...,GnG1 G3 G2 G4 D5,...,DnD1 D3 D2 D4 I5 ... InI1 I3 I2 I4 E5 ... EnE1 E3 E2 E4 PS5 ... PSnPS1 PS3 PS2 PS4 P5 ... PnP1 P3 P2 P4 G nome de la maladie primaire Interm diaire pathoph notype Pathoph nome HbSTGF HbC -ThalHbFImmuneresponseInflammationHemolyticanemiaAplasticanemiaStrokePainfulcrisisDisease- modifyinggenesIntermediatephenotypesPathophenotypeG6PDApoptosis/necrosisEnvironmentaldeterminantsHypoxiaDehydrationAcutechestsyndromeBoneinfarctThrombosisInfectiv eagentFIGuRE 87e-3 A. R seau th orique de maladies humaines illustrant les relations entre les d terminants g n tiques et environnementaux des pathoph notypes. Cl : D, g nome ou prot ome secondaire de la maladie ; E, d terminants environnementaux ; G, g nome ou prot ome primaire de la maladie ; I, ph notype interm diaire ; PS, tats pathophysiologiques conduisant P, pathoph notype. B. Exemple de cette construction th orique appliqu e la dr panocytose. L gende : rouge, anomalie mol culaire primaire ; gris, g nes modificateurs de la maladie ; jaune, ph notypes interm diaires ; vert, d terminants environnementaux ; bleu, pathoph notypes. (Reproduit avec la permission de J Loscalzo et al : Molec Syst Biol 3:124, 2007.) Chapitre 87e M decine de r seau : Biologie des syst mes dans la sant et la maladie GNAS D veloppemental Oreille, nez, gorge Endocrinien FIGuRE 87e-4 A. R seau des maladies humaines. Chaque n ud correspond un trouble sp cifique color par classe (22 classes, indiqu es dans la cl de B). La taille de chaque n ud est proportionnelle au nombre de g nes contribuant au trouble. Les bords entre les troubles d'une m me classe de troubles sont color s de la m me couleur (plus claire), et les bords reliant diff rentes classes de troubles sont color s en gris, l' paisseur du bord tant proportionnelle au nombre de g nes partag s par les troubles qu'il relie. B. R seau g n tique de la maladie. Chaque n ud est un seul g ne, et deux g nes quelconques sont connect s s'ils sont impliqu s dans le m me trouble. Dans cette carte de r seau, la taille de chaque n ud est proportionnelle au nombre de troubles sp cifiques dans lesquels le g ne est impliqu . (Reproduit avec la permission de KI Goh et al : Proc Natl Acad Sci USA 104:8685, 2007.) FIGuRE 87e-5. LES L MENTS DU JEU L'interactome comprend des modules topologiques (g nes ou produits g niques qui sont troitement associ s les uns aux autres par des interactions directes), des modules fonctionnels (g nes ou produits g niques qui travaillent ensemble pour d finir une voie) et des modules de maladie (g nes ou produits g niques qui interagissent pour produire un pathoph notype). (Reproduit avec la permission d'AL Barabasi et al : Nat Rev Genet 12:56, 2011.) i. Reconstruction de l'Interactome iii. Identification du module de maladie iv. Identification de la voie v. Validation/pr diction Sources potentielles : (i) OMIM (ii) GWAS ii. Identification du g ne de la maladie (graine) Prot ine de la maladie 1 Prot ine de la maladie 2 |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | Prot ine chevauchante Prot ine de la maladie connue 2 Prot ine de la maladie pr dite 2 Chapitre 87e M decine de r seau : Biologie des syst mes dans la sant et la maladie FIGuRE 87e-6. Approches pour identifier les modules de maladie dans les r seaux mol culaires. Une strat gie pour d finir les modules de maladie implique (i) la reconstruction de l'interactome ; (ii) la d termination des g nes potentiels de la graine (maladie) partir de la litt rature organis e, de la base de donn es Online Mendelian Inheritance in Man (OMIM) ou des analyses g nomiques ( tudes d'association l' chelle du g nome [GWAS] ou profilage transcriptionnel) ; (iii) l'identification du module de maladie l'aide de diff rentes approches de mod lisation ou statistiques ; (iv) l'identification des voies et du r le des g nes ou des modules de maladie dans ces voies ; et (v) la validation et la pr diction des modules de maladie. (Reproduit avec la permission d'AL Barabasi et al : Nat Rev Genet 12:56, 2011.) http://vip.persianss.ir Biologie des cellules souches Minoru S. H. Ko La biologie des cellules souches est un domaine en pleine expansion qui explore les caract ristiques et les applications cliniques possibles d'une vari t de cellules souches qui servent de prog niteurs de types de cellules plus diff renci s. En plus des applications th rapeutiques potentielles (Chap. 90e), les cellules souches d riv es du patient 88 PARTIE 4 : M decine r g n rative peuvent galement tre utilis es comme mod les de maladie et comme moyen de tester l'efficacit des m dicaments. Les cellules souches et leur niche sont un axe majeur de la recherche m dicale car elles jouent un r le central dans l'hom ostasie et la r paration des tissus et des organes, qui sont des aspects importants du vieillissement et de la maladie. IDENTIFICATION, ISOLEMENT ET D RIVATION DES CELLULES SOUCHES Cellules souches r sidentes La d finition des cellules souches reste insaisissable. Les cellules souches taient l'origine des cellules non sp cifi es ou indiff renci es qui fournissent une source de renouvellement de la peau, de l'intestin et des cellules sanguines tout au long de la vie. Ces cellules souches r sidentes ont t identifi es dans une vari t d'organes (par exemple, pith liums de la peau et du syst me digestif, moelle osseuse, vaisseaux sanguins, cerveau, muscle squelettique, foie, testicules et pancr as) en fonction de leurs emplacements sp cifiques, de leur morphologie et de leurs marqueurs biochimiques. Cellules souches isol es L'identification sans quivoque des cellules souches n cessite leur s paration et leur purification, g n ralement bas es sur une combinaison de marqueurs sp cifiques de la surface cellulaire. Ces cellules souches isol es (par exemple, les cellules souches h matopo tiques [HS]) peuvent tre tudi es en d tail et utilis es dans des applications cliniques, telles que la greffe de moelle osseuse (chap. 89e). Cependant, l'absence de marqueurs sp cifiques de surface cellulaire pour d'autres types de cellules souches a rendu difficile leur isolement en grande quantit . Ce d fi a t partiellement abord dans des mod les animaux en marquant g n tiquement diff rents types de cellules avec une prot ine fluorescente verte entra n e par des promoteurs sp cifiques aux cellules. Alternativement, des cellules souches putatives ont t isol es partir d'une vari t de tissus en tant que cellules de population lat rale (SP) en utilisant le tri cellulaire activ par fluorescence apr s coloration avec le colorant Hoechst 33342. Cellules souches cultiv es Il est souhaitable de cultiver et d' tendre les cellules souches in vitro pour obtenir une quantit suffisante pour l'analyse et l'utilisation th rapeutique potentielle. Bien que la d rivation de cellules souches in vitro ait t un obstacle majeur en biologie des cellules souches, le nombre et les types de cellules souches cultiv es ont augment progressivement (tableau 88-1). Les cellules souches cultiv es d riv es de cellules souches r sidentes sont souvent appel es cellules souches adultes ou cellules souches somatiques pour les distinguer des cellules souches embryonnaires (ES) et des cellules germinales embryonnaires (EG). Cependant, compte tenu de l'existence de cellules souches embryonnaires sp cifiques aux tissus (par exemple, les cellules souches trophoblastiques [TS]) et de la d rivation possible de cellules similaires partir d'un embryon/f tus (par exemple, les cellules souches neuronales [NS]), il est plus appropri d'utiliser le terme cellules souches tissulaires. La d rivation r ussie de cellules souches cultiv es (cellules souches embryonnaires et tissulaires) n cessite souvent l'identification des facteurs de croissance et des conditions de culture n cessaires, imitant le microenvironnement ou la niche des cellules souches r sidentes. R cemment, le maintien long terme des cellules souches tissulaires in vitro est de plus en plus possible en les culti |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | vant sous forme d'organo des tridimensionnels (3D), qui contiennent la fois des cellules souches et des cellules de niche (Chap. 92e). Par exemple, les cellules souches intestinales peuvent maintenant tre cultiv es en tant que mini-intestin pith lial en pr sence de R-spondine, de facteur de croissance pidermique (EGF) et de noggin sur Matrigel. De m me, les cellules souches pulmonaires peuvent tre cultiv es en tant qu ' alv olosph res auto-renouvelables. Une liste croissante de cellules souches cultiv es, bien que non exhaustive, est pr sent e dans le tableau 88-1. Veuillez noter que l' tablissement de cellules souches cultiv es est souvent contest en raison des difficult s d' valuation des caract ristiques de ces cellules. AUTO-RENOUVELLEMENT ET PROLIF RATION DES CELLULES SOUCHES Division cellulaire sym trique et asym trique La d finition la plus largement accept e des cellules souches est une cellule ayant une capacit unique produire des cellules filles non modifi es (auto-renouvellement) et g n rer des types de cellules sp cialis es (puissance). Il y a pour ce faire deux possibilit s. La division cellulaire asym trique produit une cellule fille identique la cellule parentale et une cellule fille diff rente de la cellule parentale et qui est une cellule prog nitrice ou diff renci e. La division cellulaire asym trique n'augmente pas le nombre de cellules souches. La division cellulaire sym trique produit deux Cellules souches embryonnaires (ES, ESC) Blastocystes ou masse cellulaire interne (ICM) isol e par immunochirurgie partir de blastocystes Cellules germinales embryonnaires (EG, EGC) Cellules germinales primitives (PGC) d'embryons E8,5-E12,5 (m) ; tissus gonadiques de 5 11 semaines apr s la f condation embryon/f tus (h) Cellules souches trophoblastiques (TS, TSC) Trophectoderme des blastocystes E3.5, ectoderme extra-embryonnaire des embryons E6.5 et ectoderme chorionique des embryons E7.5 (m) Cellules de carcinome embryonnaire (CE) Teratocarcinome - un type de cancer qui se d veloppe dans les testicules et les ovaires (m, h) Cellules souches m senchymateuses (SEP, CSM) Moelle osseuse, muscle, tissu adipeux, sang p riph rique et sang de cordon ombilical (m, h) Cellules souches adultes multipotentes (MAPC) Cellules mononucl aires de la moelle osseuse (m, h) ; muscle et cerveau postnatals (m) Cellules souches spermatogoniales (SS, SSC) Testicule nouveau-n (m) Cellules souches germinales (GS, GSC) Testicule n onatal (m) Cellules souches germinales adultes multipotentes Testicule adulte (m) (maGSC) Cellules souches neurales (NS, NSC) Cerveau f tal et adulte (zone sous-ventriculaire, zone ventriculaire et hippocampus) (m, h) Cellules souches somatiques sans restriction Fraction mononucl aire du sang de cordon (USSC) (h) Epistem cells (EpiSC) Early posttimplantation epiblast (m) Induced pluripotent stem cells (iPS, Variety of terminally differentiated iPSC) cells and tissue stem cells (m, h) Cellules souches pulmonaires Poumon (m, h) Tige d riv e du liquide amniotique (AFS) Cellules du liquide amniotique (m, h) Cellules souches du sang du cordon ombilical Cordon ombilical (h) Cellules souches adipeuses (AST) Graisse (m, h) Cellules souches cardiaques C ur (m, h) Cellules souches r nales Papille r nale (m, h) Cellules souches cryptographiques Intestin (m, h) Cellules souches du c lon (CoSC) Colon (m, h) Cellules souches h patiques Foie (m, h) Cellules souches de la pulpe dentaire (DPSC) Pulpe dentaire (m, h) Cellules souches du follicule pileux Cheveux (m, h) Abr viations : h, humain ; m, souris. cellules filles identiques. Pour que les cellules souches prolif rent in vitro, elles doivent se diviser sym triquement. Expansion illimit e In Vitro Les cellules souches r sidentes sont souvent quiescentes et se divisent rarement. Cependant, une fois que les cellules souches sont cultiv es avec succ s in vitro, elles acqui rent souvent la capacit de se diviser en continu et la capacit de prolif rer au-del de la limite de passage normale typique des cellules cultiv es primaires (parfois appel e immortalit ). Ces caract ristiques sont principalement observ es dans les cellules ES, mais ont galement t d montr es pour les cellules souches tissulaires, telles que les cellules NS et les cellules souches m senchymateuses (MS), am liorant ainsi le potentiel de ces cellules des fins th rapeutiques (Tableau 88-1). Stabilit du g notype et du ph notype La capacit prolif rer activement est souvent associ e l'accumulation d'anomalies et de mutations chromosomiques. Les cellules ES de souris semblent tre une exception cette r gle et ont tendance maintenir leur caryotype euplo de et leur int grit g nomique. En revanche, les cellules ES humaines semblent tre plus sensibles aux mutations apr s une culture long terme. Cependant, il est galement important de noter que m me les cellules ES de souris euplo des peuvent former |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | des t ratomes lorsqu'elles sont inject es des animaux immunod prim s, ce qui soul ve des inqui tudes quant la formation possible de tumeurs apr s la transplantation de cellules souches en division active. PUISSANCE ET DIFF RENCIATION DES CELLULES SOUCHES Puissance d veloppementale Le terme puissance est utilis pour indiquer la capacit d'une cellule se diff rencier en plusieurs types de cellules sp cialis es. Le manque actuel de connaissances sur la nature mol culaire de la puissance n cessite la manipulation exp rimentale des cellules souches pour d montrer leur puissance. Par exemple, les tests in vivo peuvent tre effectu s en injectant des cellules souches dans des blastocystes de souris ou des souris adultes immunod prim es et en d terminant combien de types de cellules diff rents sont form s partir des cellules inject es. Cependant, ces tests in vivo ne sont pas applicables aux cellules souches humaines. Les tests in vitro peuvent tre effectu s en diff renciant les cellules dans diverses conditions de culture pour d terminer combien de types de cellules diff rents sont form s partir des cellules. Le test formel d'auto-renouvellement et de puissance est effectu en d montrant qu'une seule cellule poss de de telles capacit s in vitro (clonalit ). Les cellules souches cultiv es sont provisoirement regroup es en fonction de leur puissance (Fig. 88-1). Seuls quelques exemples sont pr sent s, car de nombreuses cellules souches cultiv es, en particulier les cellules humaines, manquent d'informations d finitives sur leur potentiel de d veloppement. De la totipotence l'unipotence Les cellules totipotentes peuvent former un organisme entier de mani re autonome. Seul un uf f cond (zygote) poss de cette caract ristique. Les cellules pluripotentes (par exemple, les cellules ES) peuvent former presque toutes les lign es cellulaires du corps (endoderme, m soderme et ectoderme), y compris les cellules germinales. Les cellules multipotentes (par exemple, les cellules HS) peuvent former plusieurs lign es cellulaires FIGURE 88-1 Stade de d veloppement de la puissance et de la source des cellules souches cultiv es. Pour les abr viations des cellules souches, voir le tableau 88-1. Notez que les cellules souches sont souvent abr g es avec ou sans cellules , par exemple, les cellules ES ou ESC pour les cellules souches embryonnaires. h, humain ; m, souris. mais ne peut pas former toutes les lign es cellulaires du corps. Les cellules oligopotentes (par exemple, les cellules NS) peuvent former plus d'une lign e cellulaire mais sont plus restreintes que les cellules multipotentes. Les cellules oligopotentes sont parfois appel es cellules prog nitrices ou cellules pr curseurs ; cependant, ces termes sont souvent plus strictement utilis s pour d finir les cellules partiellement diff renci es ou engag es dans la lign e (par exemple, les cellules prog nitrices my lo des) qui peuvent se diviser en diff rents types de cellules mais qui manquent de capacit d'auto-renouvellement. Les cellules unipotentes ou les cellules monopotentes (par exemple, les cellules souches spermatogoniales [SS]) peuvent former une seule lign e cellulaire diff renci e. Le d veloppement de la reprogrammation nucl aire progresse naturellement des ufs f cond s totipotents aux cellules piblastes pluripotentes en cellules multipotentes et, enfin, aux cellules diff renci es en phase terminale. Selon le paysage pig n tique de Waddington, cela est analogue une balle se d pla ant sur une pente. L'inversion des cellules diff renci es terminalement en cellules totipotentes ou pluripotentes (appel e reprogrammation nucl aire) peut donc tre consid r e comme un gradient ascendant. La reprogrammation nucl aire a t r alis e par transplantation nucl aire, ou transfert nucl aire (NT), proc dures (souvent appel es clonage ), o le noyau d'une cellule diff renci e est transf r dans un ovocyte nucl . Bien qu'il s'agisse d'une proc dure sujette aux erreurs avec un taux de r ussite tr s faible, des animaux vivants ont t produits en utilisant des cellules somatiques adultes comme donneurs chez les moutons, les souris et d'autres mammif res. Chez la souris, il a t d montr que les cellules ES d riv es de blastocystes fabriqu s par la cellule somatique NT sont impossibles distinguer des cellules ES normales. Le NT peut potentiellement tre utilis pour produire des cellules ES sp cifiques au patient portant un g nome identique celui du patient, bien que de telles strat gies n'aient pas t poursuivies en raison de probl mes thiques et de d fis techniques. Le succ s r cent de la g n ration de cellules ES humaines par NT a raviv l'int r t dans ce domaine ; cependant, l'offre limit e d'ovocytes humains restera un probl me majeur pour les applications cliniques de NT. Une approche alternative qui est devenue une m thode de choix est la conversion directe de cellules diff renci es en phase terminale en cellules de type ES |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | (appel es cellules souches pluripotentes induites [iPS]) en surexprimant une combinaison de facteurs de transcription cl s (TF). La m thode originale consistait infecter des fibroblastes embryonnaires de souris avec des vecteurs r troviraux porteurs de quatre TF [Pou5f1 (Oct4), SOx2, Klf4 et Myc] et identifier des cellules rares de type ES en culture. Cette approche a rapidement t adapt e aux cellules humaines, suivie d'une proc dure plus raffin e (par exemple, l'utilisation de moins de TF, de diff rents types de cellules et de diff rentes m thodes d'administration de g nes). tant donn qu'un essai clinique utilisant des cellules iPS est imminent, la s curit du traitement base de cellules iPS est une pr occupation majeure et diverses mesures sont prises pour assurer la s curit . Par exemple, il est maintenant devenu standard d'utiliser des m thodes sans empreinte telles qu'un vecteur pisomique, un vecteur du virus Sendai et des ARNm synth tiques pour fournir des facteurs de reprogrammation dans les cellules, entra nant la production de cellules iPS sp cifiques au patient avec une alt ration minimale de leur constitution g n tique. En plus de la th rapie de remplacement cellulaire, les cellules iPS sp cifiques la maladie devraient jouer un r le dans la mod lisation de la maladie humaine in vitro et dans le d pistage des m dicaments pour la m decine personnalis e. Il est galement devenu possible de convertir un type de cellule diff renci e en phase terminale (par exemple, cellule fibroblastique) en un autre type de cellule diff renci e en phase terminale (par exemple, muscle cardiaque, neurone ou h patocyte) en surexprimant des ensembles sp cifiques de TF (appel s reprogrammation directe). La reprogrammation directe peut contourner l' tape de fabrication des cellules iPS, offrant ventuellement la voie la plus s re vers les types de cellules souhait s pour le traitement ; cependant, la technologie est actuellement limit e par sa faible efficacit . Plasticit des cellules souches, transdiff renciation et cellules souches facultatives Le paradigme dominant en biologie du d veloppement est qu'une fois les cellules diff renci es, leurs ph notypes sont stables. Cependant, des tudes plus r centes montrent que les cellules souches tissulaires, qui ont traditionnellement t consid r es comme des cellules multipotentes engag es dans la lign e, poss dent la capacit de se diff rencier en types de cellules en dehors de leurs restrictions de lign e (appel es transdiff renciation). Par exemple, les cellules HS peuvent tre converties en neurones ainsi qu'en cellules germinales. Cette caract ristique peut fournir un moyen d'utiliser des cellules souches tissulaires d riv es directement d'un patient des fins th rapeutiques, liminant ainsi la n cessit d'utiliser des cellules souches embryonnaires ou des proc dures labor es telles que la reprogrammation nucl aire des cellules somatiques d'un patient. Cependant, des crit res plus stricts et une validation rigoureuse sont n cessaires pour tablir la plasticit des cellules souches tissulaires. Par exemple, les observations de transdiff renciation peuvent refl ter la fusion cellulaire, la contamination par des cellules prog nitrices d'autres lign es cellulaires ou la persistance de cellules embryonnaires pluripotentes dans des organes adultes. Par cons quent, l'attribution de la puissance chaque cellule souche cultiv e dans la Fig. 88-1 doit tre consid r e avec prudence. Il reste d terminer de mani re concluante si la transdiff renciation existe et peut tre utilis e des fins th rapeutiques. Un concept similaire, mais distinct, est la cellule souche facultative, qui est d finie comme une cellule unipotente ou une cellule diff renci e en phase terminale qui peut fonctionner comme une cellule souche lors d'une l sion tissulaire. La pr sence de telles cellules a t propos e pour certains organes tels que le foie, l'intestin, le pancr as et les testicules, mais elle est toujours d battue. Diff renciation dirig e des cellules souches Les cellules souches pluripotentes (par exemple, les cellules ES et iPS) peuvent se diff rencier en plusieurs types de cellules, mais en culture, elles se diff rencient normalement en populations cellulaires h t rog nes de mani re stochastique. Cependant, pour des utilisations th rapeutiques, il est souhaitable de diriger les cellules souches vers des types de cellules sp cifiques (par exemple, les cellules b ta s cr tant de l'insuline). Il s'agit d'un domaine actif de la recherche sur les cellules souches, et des protocoles sont en cours d' laboration pour atteindre cet objectif. Dans l'un de ces syst mes de diff renciation cellulaire dirig e, le ph notype cellulaire doit tre valu de mani re critique. Alternativement, l'h t rog n it de la population cellulaire d riv e de cellules souches pluripotentes peut tre activement exploit e, car diff rents types de cellules interagissent les uns avec les autres en cult |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | ure et am liorent encore leur propre diff renciation. Dans certains cas, par exemple, la cupule optique, la morphogen se tissulaire auto-organis e a t d montr e en culture 3D. CARACT RISATION MOL CULAIRE DES CELLULES SOUCHES G nomique et prot omique En plus des approches biologiques mol culaires standard, la g nomique et la prot omique haut d bit ont t largement appliqu es l'analyse des cellules souches. Par exemple, les analyses de micror seaux d'ADN ont r v l les niveaux d'expression de pratiquement tous les g nes et identifi des marqueurs sp cifiques pour certaines cellules souches. L'immunopr cipitation de la chromatine coupl e des technologies de s quen age de nouvelle g n ration, capables de produire des milliards de lectures de s quences en une seule fois, a r v l des modifications de la chromatine ( marques pig n tiques ) pertinentes pour les propri t s des cellules souches. De m me, les profils prot iques des cellules souches ont t valu s en utilisant la spectrom trie de masse. Ces m thodes commencent fournir un nouveau moyen de caract riser et de classer diverses cellules souches et les m canismes mol culaires qui leur donnent leurs caract ristiques uniques. R gulation des cellules ES Il est important d'identifier les g nes impliqu s dans la r gulation de la fonction des cellules souches et d'examiner les effets de la modification de l'expression des g nes sur les cellules ES et d'autres cellules souches. Par exemple, les r seaux centraux de TF tels que Pou5f1 (Oct4), Nanog et SOx2 r gissent les principales voies/r seaux de r gulation des g nes pour le maintien de l'auto-renouvellement et de la pluripotence des cellules ES de souris et humaines. Ces r seaux TF sont modul s par des facteurs externes sp cifiques via des voies de transduction du signal, telles que le facteur inhibiteur de la leuc mie (Lif)/Stat3, la prot ine kinase 1/3 activ e par le mitog ne (Mapk1/3), la superfamille du facteur de croissance transformant (TGF ) et la Wnt/glycog ne synthase kinase 3 b ta (Gsk3b). Les inhibiteurs de la signalisation Mapk1/3 et Gsk3b am liorent la d rivation des cellules ES et aident maintenir les cellules ES en pleine pluripotence ( tat fondamental ou tat na f ). Des donn es r centes indiquent galement que 20 25 ARN nucl otidiques, appel s microARN (miARN), jouent un r le important dans la r gulation de la fonction des cellules souches en r primant la traduction de leurs g nes cibles. Par exemple, il a t d montr que miR-21 r gule la progression du cycle cellulaire dans les cellules ES et miR-128 emp che la diff renciation des cellules prog nitrices h matopo tiques. Ces types d'analyses devraient fournir des indices mol culaires sur la fonction des cellules souches et conduire un moyen plus efficace de manipuler les cellules souches pour un usage th rapeutique futur. Des cellules souches h matopo tiques s'ensuivraient. Dans le sang, les cellules matures ont une dur e de vie moyenne variable, allant David T. Scadden, Dan L. Longo de 7 h pour les neutrophiles matures quelques mois pour les globules rouges Tous les types de cellules dans le sang p riph rique et certaines cellules dans tous les tissus du corps sont d riv s de cellules souches h matopo tiques (h mo : sang ; poiesis : cr ation). Si la cellule souche h matopo tique est endommag e et ne peut plus fonctionner (par exemple, en raison d'un accident nucl aire), une personne survivrait 2 4 semaines en l'absence de mesures de soutien extraordinaires. Avec l'utilisation clinique des cellules souches h matopo tiques, des dizaines de milliers de vies sont sauv es chaque ann e (Chap. 139e). Les cellules souches produisent quotidiennement des centaines de milliards de cellules sanguines partir d'un pool de cellules souches estim des dizaines de milliers seulement. Comment les cellules souches font cela, comment elles persistent pendant de nombreuses d cennies malgr les demandes de production, et comment elles peuvent tre mieux utilis es dans les soins cliniques sont des questions importantes en m decine. L' tude de la production de cellules sanguines est devenue un paradigme sur la fa on dont d'autres tissus peuvent tre organis s et r gul s. La recherche fondamentale en h matopo se comprend la d finition des changements mol culaires par tapes accompagnant les changements fonctionnels dans les cellules en maturation, l'agr gation des cellules en sous-groupes fonctionnels et la d monstration de la r gulation des cellules souches h matopo tiques par un microenvironnement sp cialis ; ces concepts sont labor s en h matologie, mais ils offrent des mod les pour d'autres tissus. De plus, ces concepts peuvent ne pas se limiter la fonction tissulaire normale, mais s' tendre la malignit . Les cellules souches sont des cellules rares au sein d'une population h t rog ne de types cellulaires, et leur comportement est valu principalement dans des mod les animaux exp rimentaux i |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | mpliquant la reconstitution de l'h matopo se. Ainsi, une grande partie de ce que nous savons sur les cellules souches est impr cise et bas e sur des inf rences provenant d'animaux g n tiquement manipul s. Tous les types de cellules souches ont deux fonctions cardinales : l'auto-renouvellement et la diff renciation (Fig. 89e-1). Les cellules souches existent pour g n rer, maintenir et r parer les tissus. Ils fonctionnent avec succ s s'ils peuvent remplacer une grande vari t de cellules matures dur e de vie plus courte sur des p riodes prolong es. Le processus d'auto-renouvellement (voir ci-dessous) garantit qu'une population de cellules souches peut tre maintenue au fil du temps. Sans auto-renouvellement, le pool de cellules souches s' puiserait et l'entretien des tissus ne serait pas possible. Le processus de diff renciation conduit la production des effecteurs de la fonction tissulaire : les cellules matures. Sans diff renciation appropri e, l'int grit de FIGURE 89e-1 Caract ristiques de signature de la cellule souche. Les cellules souches ont deux caract ristiques essentielles : la capacit de se diff rencier en une vari t de types de cellules matures et la capacit d'auto-renouvellement. Les facteurs intrins ques associ s l'auto-renouvellement comprennent l'expression de Bmi-1, Gfi-1, PTEN, STAT5, Tel/Atv6, p21, p18, MCL-1, Mel-18, RAE28 et HoxB4. Les signaux extrins ques pour l'auto-renouvellement comprennent Notch, Wnt, SHH et Tie2/Ang-1. Bas es principalement sur des tudes murines, les cellules souches h matopo tiques expriment les mol cules de surface cellulaire suivantes : CD34, Thy-1 (CD90), r cepteur c-Kit (CD117), CD133, CD164 et c-Mpl (CD110, galement connu sous le nom de r cepteur de la thrombopo tine). de nombreuses ann es pour les lymphocytes m moire. Cependant, le pool de cellules souches est la source centrale et durable de toutes les cellules sanguines et immunitaires, conservant une capacit produire une large gamme de cellules partir d'une seule source de cellules, tout en restant vigoureux pendant des d cennies de vie. Comme une cellule souche individuelle se divise, elle a la capacit d'accomplir l'un des trois r sultats de division : deux cellules souches, deux cellules destin es la diff renciation, ou une cellule souche et une cellule de diff renciation. Les deux premiers r sultats sont le r sultat d'une division cellulaire sym trique, tandis que le second indique un r sultat diff rent pour les deux cellules filles - un v nement appel division cellulaire asym trique. L' quilibre relatif pour ces types de r sultats peut changer au cours du d veloppement et sous des types particuliers de demandes sur le pool de cellules souches. Au cours du d veloppement, les cellules sanguines sont produites diff rents sites. Initialement, le sac vitellin fournit des globules rouges transportant l'oxyg ne, puis le placenta et plusieurs sites de production de cellules sanguines intraembryonnaires sont impliqu s. Ces sites intraembryonnaires s'engagent dans l'ordre s quentiel, se d pla ant de la cr te g nitale un site o l'aorte, le tissu gonadique et le m son phros mergent vers le foie du f tus, puis, au cours du deuxi me trimestre, vers la moelle osseuse et la rate. mesure que l'emplacement des cellules souches change, les cellules qu'elles produisent changent galement. Le sac vitellin fournit des globules rouges exprimant les h moglobines embryonnaires tandis que les sites intraembryonnaires de l'h matopo se g n rent des globules rouges, des plaquettes et les cellules de l'immunit inn e. La production des cellules de l'immunit adaptative se produit lorsque la moelle osseuse est colonis e et que le thymus se forme. La prolif ration des cellules souches reste lev e, m me dans la moelle osseuse, jusqu' peu de temps apr s la naissance, o elle semble diminuer consid rablement. On pense que les cellules de la moelle osseuse arrivent par le transit sanguin des cellules du foie f tal apr s le d but de la calcification des os longs. La pr sence de cellules souches dans la circulation n'est pas propre une fen tre temporelle de d veloppement ; cependant, les cellules souches h matopo tiques semblent circuler tout au long de la vie. Le temps que les cellules passent circuler librement semble bref (mesur en minutes chez la souris), mais les cellules qui circulent sont fonctionnelles et peuvent tre utilis es pour la transplantation. Le nombre de cellules souches qui circulent peut tre augment de plusieurs fa ons pour faciliter la r colte et le transfert vers le m me h te ou un h te diff rent. Les cellules qui entrent et sortent de la moelle osseuse le font par le biais d'une s rie d'interactions mol culaires. Les cellules souches circulantes (via CD162 et CD44) engagent les lectines (prot ines de liaison aux glucides) et la E-s lectine sur la surface endoth liale pour ralentir le mouvement des cellules vers un ph notype roulant. Les int grines de cel |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | lules souches sont ensuite activ es et r alisent une adh sion ferme entre la cellule souche et la paroi du vaisseau, avec un r le particuli rement important pour la cellule souche VCAM-1 engageant le VLA-4 endoth lial. La chimiokine CXCL12 (SDF1) interagissant avec les r cepteurs CXCR4 des cellules souches et le calcium ionique interagissant avec le r cepteur de d tection du calcium semblent tre importants dans le processus des cellules souches allant de la circulation l'endroit o elles se greffent dans la moelle osseuse. Cela est particuli rement vrai dans le passage du d veloppement du foie du f tus la moelle osseuse. Cependant, le r le de CXCR4 chez les adultes semble tre plus li la r tention des cellules souches dans la moelle osseuse plut t qu'au processus de leur obtention. L'interruption de ce processus de r tention par des bloqueurs mol culaires sp cifiques de l'interaction CXCR4/CXCL12, le clivage de CXCL12 ou la r gulation n gative du r cepteur CXCR4 peuvent tous entra ner la lib ration de cellules souches dans la circulation. Ce processus est un aspect de plus en plus important de la r cup ration des cellules souches usage th rapeutique car il a permis de r aliser le processus de r colte par leucaph r se plut t que par ponction de moelle osseuse en salle d'op ration. Le facteur de stimulation des colonies de granulocytes et le pl rixafor, un compos macrocyclique capable de bloquer le CXCR4, sont tous deux utilis s cliniquement pour mobiliser les cellules souches h matopo tiques de la moelle en vue d'une greffe. Affiner nos connaissances sur la fa on dont les cellules souches entrent et sortent de la moelle osseuse peut am liorer notre capacit obtenir des cellules souches et les rendre plus efficaces pour trouver leur chemin vers les sites sp cifiques de production de cellules sanguines, ce qu'on appelle la niche des cellules souches. Le concept d'un microenvironnement sp cialis , ou niche de cellules souches, a d'abord t propos pour expliquer pourquoi des cellules d riv es de la moelle osseuse d'un animal pouvaient tre utilis es en transplantation et se retrouver nouveau dans la moelle osseuse du receveur. Cependant, ce cr neau est plus qu'un simple site d'h bergement pour les cellules souches. C'est un emplacement anatomique o des signaux de r gulation sont fournis qui permettent aux cellules souches de prosp rer, de se d velopper si n cessaire et de fournir des quantit s variables de cellules filles descendantes. En outre, la croissance non r gul e des cellules souches peut tre probl matique en raison de leur tat indiff renci et de leur capacit d'auto-renouvellement. Ainsi, la niche doit galement r guler le nombre de cellules souches produites. De cette mani re, la niche a la double fonction de servir de site de culture mais d'imposer des limites aux cellules souches : en effet, elle agit la fois comme un foyer nutritif et contraignant. La niche des cellules souches sanguines change avec chacun des sites de production de sang au cours du d veloppement, mais pendant la majeure partie de la vie humaine, elle est situ e dans la moelle osseuse. Dans la moelle osseuse, l'espace p rivasculaire, en particulier dans les r gions de l'os trab culaire, sert de niche. Les cellules m senchymateuses et endoth liales des microvaisseaux m dullaires produisent le ligand kit et le CXCL12, tous deux connus pour tre importants pour les cellules souches h matopo tiques. Il a t d montr que d'autres types de cellules, tels que les neurones sympathiques, les cellules de Schwann non my linisantes, les macrophages, les ost oclastes et les ost oblastes, r gulent les cellules souches, mais il n'est pas clair si leurs effets sont directs ou indirects. Les prot ines de la matrice extracellulaire comme l'ost opontine affectent galement la fonction des cellules souches. La r gion endost ale est particuli rement importante pour les cellules transplant es, ce qui sugg re qu'il peut y avoir des caract ristiques distinctives de cette r gion qui doivent encore tre d finies et qui sont d'importants m diateurs de la greffe de cellules souches. Le fonctionnement de la niche en tant que contexte de soutien pour les cellules souches est d'une importance vidente pour le maintien de l'h matopo se et dans la transplantation. Un domaine d' tude actif consiste d terminer si la niche est alt r e dans la maladie et si les m dicaments peuvent modifier la fonction de niche pour am liorer la transplantation ou la fonction normale des cellules souches dans la maladie h matologique. En l'absence de maladie, on ne manque jamais de cellules souches h matopo tiques. En effet, les tudes de transplantation en s rie chez la souris sugg rent que suffisamment de cellules souches sont pr sentes pour reconstituer plusieurs animaux successivement, chaque animal ayant une production normale de cellules sanguines. Le fait que les receveurs de cellules souches allog niques ne manquent jamais de cellules |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | sanguines au cours de leur vie, ce qui peut s' tendre sur des d cennies, soutient que m me le nombre limit de cellules souches qui leur sont fournies est suffisant. La fa on dont les cellules souches r agissent diff rentes conditions pour augmenter ou diminuer leur production de cellules matures reste mal comprise. De toute vidence, les m canismes de r troaction n gative affectent le niveau de production de la plupart des cellules, ce qui conduit une num ration cellulaire sanguine normale troitement r gul e. Cependant, bon nombre des m canismes de r gulation qui r gissent la production de cellules prog nitrices plus matures ne s'appliquent pas ou s'appliquent diff remment aux cellules souches. De m me, la plupart des mol cules capables de modifier la taille du pool de cellules souches ont peu d'effet sur les cellules sanguines plus matures. Par exemple, le facteur de croissance rythropo tine, qui stimule la production de globules rouges partir de cellules pr curseurs plus matures, n'a aucun effet sur les cellules souches. De m me, le facteur de stimulation des colonies de granulocytes entra ne la prolif ration rapide des pr curseurs de granulocytes, mais n'a que peu ou pas d'effet sur le cycle cellulaire des cellules souches. Au contraire, il modifie l'emplacement des cellules souches par des moyens indirects, modifiant des mol cules telles que CXCL12 qui attachent les cellules souches leur niche. Les mol cules qui se sont r v l es importantes pour modifier la prolif ration, l'auto-renouvellement ou la survie des cellules souches, telles que les inhibiteurs de la kinase d pendants de la cycline, les facteurs de transcription comme Bmi-1 ou les enzymes de traitement du microARN comme Dicer, ont peu ou pas d'effets sur les cellules prog nitrices. Les cellules souches h matopo tiques ont des m canismes de gouvernance distincts des cellules qu'elles g n rent. Les cellules souches h matopo tiques se trouvent la base d'une hi rarchie ramifi e de cellules aboutissant aux nombreux types de cellules matures qui composent le sang et le syst me immunitaire (Fig. 89e-2). Les tapes de maturation conduisant des cellules sanguines diff renci es en phase terminale et fonctionnelles ont lieu la fois la suite de changements intrins ques dans l'expression g nique et de changements dirig s vers des niches et des cytokines dans les cellules. Notre connaissance des d tails reste incompl te. mesure que les cellules souches deviennent des prog niteurs, des pr curseurs et, enfin, des cellules effectrices matures, elles subissent une s rie de changements fonctionnels. Il s'agit notamment de l'acquisition vidente de fonctions d finissant les cellules sanguines matures, telles que la capacit phagocytaire ou la synth se de l'h moglobine. Ils incluent galement la perte progressive de plasticit (c'est- -dire la capacit devenir d'autres types de cellules). Par exemple, le prog niteur my lo de peut fabriquer toutes les cellules de la s rie my lo de mais aucune de la s rie lympho de. mesure que les prog niteurs my lo des communs m rissent, ils deviennent des pr curseurs des monocytes et des granulocytes ou des rythrocytes et des m gacaryocytes, mais pas des deux. Une certaine r versibilit de ce processus peut exister au d but de la cascade de diff renciation, mais elle est perdue au-del d'un stade distinct dans des conditions physiologiques normales. Avec des interventions g n tiques, cependant, les cellules sanguines, comme les autres cellules somatiques, peuvent tre reprogramm es pour devenir une vari t de types de cellules. mesure que les cellules se diff rencient, elles peuvent galement perdre leur capacit prolif rative (Fig. 89e-3). Les granulocytes matures sont incapables de prolif rer et n'augmentent en nombre que par une production accrue partir de pr curseurs. Les exceptions la r gle sont certains macrophages r sidents, qui semblent capables de prolif ration, et les cellules lympho des. Les cellules lympho des conservent la capacit de prolif rer mais ont li leur prolif ration la reconnaissance de prot ines ou de peptides particuliers par des r cepteurs antig niques sp cifiques leur surface. Comme de nombreux tissus cellules matures de courte dur e de vie comme la peau et l'intestin, la prolif ration des cellules sanguines est en grande partie accomplie par une population de prog niteurs plus immature. En g n ral, les cellules dans le compartiment des cellules prog nitrices hautement prolif ratives ont galement une dur e de vie relativement courte, se frayant un chemin travers le processus de diff renciation dans un programme mol culaire d fini impliquant l'activation s quentielle d'ensembles particuliers de g nes. Pour tout type de cellule particulier, le programme de diff renciation est difficile acc l rer. Le temps n cessaire pour que les prog niteurs h matopo tiques deviennent des cellules matures est d'environ10 14 jours chez l'homme, ce qui est cliniquement |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | vident par l'intervalle entre la chimioth rapie cytotoxique et la r cup ration de la num ration globulaire chez les patients. Bien que l'on pense g n ralement que les cellules souches h matopo tiques ont la capacit de former toutes les cellules du sang, il devient clair que les cellules souches individuelles peuvent ne pas tre gales dans leur potentiel de diff renciation. C'est- -dire que certaines cellules souches sont biais es pour devenir des cellules matures d'un type particulier. De plus, le concept g n ral de cellules ayant un choix binaire de diff renciation lympho de ou my lo de n'est pas tout fait exact. Une population cellulaire avec un potentiel my lo de (monocyte et granulocyte) et lympho de limit est maintenant ajout e aux tapes d'engagement que les cellules souches peuvent subir. La cellule souche h matopo tique doit quilibrer ses trois destins potentiels : l'apoptose, l'auto-renouvellement et la diff renciation. La prolif ration des cellules n'est g n ralement pas associ e la capacit de subir une division auto-renouvelable, sauf parmi les cellules T et B m moires et parmi les cellules souches. La capacit d'auto-renouvellement c de la place la diff renciation comme seule option apr s la division cellulaire lorsque les cellules quittent le compartiment des cellules souches, jusqu' ce qu'elles aient la possibilit de devenir des lymphocytes m moire. En plus de cette capacit d'auto-renouvellement, les cellules souches ont une caract ristique suppl mentaire caract risant leur machinerie de prolif ration. Les cellules souches de nombreux tissus adultes matures peuvent tre h t rog nes, certaines tant profond ment quiescentes, servant de r serve profonde, tandis que d'autres sont plus prolif ratives et reconstituent la population de prog niteurs de courte dur e. Dans le syst me h matopo tique, les cellules souches sont g n ralement r sistantes aux cytokines, restant dormantes m me lorsque les cytokines conduisent les prog niteurs de la moelle osseuse des taux de prolif ration mesur s en heures. Les cellules souches, en revanche, se divisent des intervalles beaucoup plus longs, mesur s en mois ann es, pour les cellules les plus quiescentes. Cette quiescence est difficile surmonter in vitro, limitant la capacit d velopper efficacement la tige h matopo tique humaine Multipotent Progenitor IKAROS PU1 IL7 IL7 IL7 IL7 IL7 IL4 IL2 IL15 IL5 FLT-3 Ligand FLT-3 Ligand M-CSF G-CSF IL3, SCF EPOEPO TPO IL3, SCF TPO GM-CSF SCF TPO TPO Hox, Pbx1, SCL, GATA2, NOTCH Common Lymphoid Progenitor B Cell Progenitor T Cell Progenitor NK Cell Progenitor Monocyte Progenitor Granulocyte Monocyte Progenitor Granulocyte Progenitor Erythrocyte Progenitor Megakaryocyte Megakaryocyte Erythroid Progenitor Common Myeloid Progenitor T/NK Cell Progenitor LEF1, E2A, EBF, PAX-5 NOTCH1 NOTCH1 Aiolos, PAX-5, AML-1 E2A, NOTCH1, GATA3 IKAROS, NOTCH,CBF1 Id2, Ets-1 RelB, ICSBP, ld2 Egn1, Myb GATA1 C/EBP C/EBP Fli-1 AML-1 GATA1, FOG NF-E2, SCL Rbtn2 FIGURE 89e-2 Hi rarchie de la diff renciation h matopo tique. Les cellules souches sont des cellules multipotentes qui sont la source de toutes les cellules descendantes et ont la capacit de fournir une production cellulaire long terme (mesur e en ann es) ou court terme (mesur e en mois). Les cellules prog nitrices ont un spectre plus limit de cellules qu'elles peuvent produire et sont g n ralement une population de courte dur e et hautement prolif rative, galement connue sous le nom de cellules amplificatrices transitoires. Les cellules pr curseurs sont des cellules engag es dans une lign e de cellules sanguines unique mais avec une capacit continue prolif rer ; elles ne pr sentent pas toutes les caract ristiques d'une cellule pleinement mature. Les cellules matures sont le produit diff renci en phase terminale du processus de diff renciation et sont les cellules effectrices d'activit s sp cifiques du syst me sanguin et immunitaire. La progression dans les voies est m di e par des alt rations de l'expression des g nes. La r gulation de la diff renciation par les facteurs solubles et la communication cellule-cellule au sein de la niche de la moelle osseuse sont encore en cours de d finition. Les facteurs de transcription qui caract risent des transitions cellulaires particuli res sont illustr s sur les fl ches ; les facteurs solubles qui contribuent au processus de diff renciation sont en bleu. Cette image est une simplification du processus. La recherche active r v le de multiples types de cellules discr tes dans la maturation des cellules B et des cellules T et a identifi des cellules qui sont biais es vers une lign e ou une autre (plut t que non engag es) dans leur diff renciation. EPO, rythropo tine ; globules rouges, globules rouges ; SCF, facteur de cellules souches ; TPO, thrombopo tine. vivantes. Le processus peut tre contr l par des niveaux particuli rement lev s d'inhibiteurs de kinase d pendants de la cycline comme |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | p57 ou CDKN1c qui limitent l'entr e des cellules souches dans le cycle cellulaire, bloquant la transition G1-S. Les signaux exog nes de la niche semblent galement renforcer la quiescence, y compris l'activation du r cepteur de la tyrosine kinase Tie2 sur les cellules souches par l'angiopo tine 1 sur les cellules de niche. La r gulation de la prolif ration des cellules souches semble galement changer avec l' ge. Chez la souris, l'inhibiteur de kinase d pendant de la cycline p16INK4a s'accumule dans les cellules souches chez les animaux plus g s et est associ une modification de cinq fonctions diff rentes des cellules souches, y compris le cycle cellulaire. La diminution de l'expression de p16INK4a chez les animaux plus g s am liore le cycle des cellules souches et la capacit reconstituer l'h matopo se chez les h tes adoptifs, ce qui les rend similaires aux animaux plus jeunes. Le nombre de cellules matures n'est pas affect . Par cons quent, les v nements mol culaires r gissant les fonctions sp cifiques des cellules souches sont progressivement clarifi s et offrent le potentiel de nouvelles approches pour modifier la fonction des cellules souches des fins th rapeutiques. Une fonction critique des cellules souches qui reste mal d finie est la r gulation mol culaire de l'auto-renouvellement. Pour la m decine, l'auto-renouvellement est peut- tre la fonction la plus importante des cellules souches, car elle est essentielle la r gulation du nombre de cellules souches. Le nombre de cellules souches est un param tre limitant cl pour la transplantation de cellules souches autologues et allog niques. Si nous avions la capacit d'utiliser moins de cellules souches ou d'augmenter un nombre limit de cellules souches ex vivo, il pourrait tre possible de r duire la morbidit et le co t des r coltes de cellules souches et de permettre l'utilisation d'autres sources de cellules souches. Plus pr cis ment, le sang de cordon ombilical est une riche source de cellules souches. Cependant, le volume des unit s de sang de cordon est extr mement faible et, par cons quent, le nombre total de cellules souches h matopo tiques pouvant tre obtenues dans une seule unit de sang de cordon n'est g n ralement suffisant que pour transplanter un individu de <40 kg. Cette limitation restreint ce qui serait autrement une source extr mement prometteuse de cellules souches. Deux caract ristiques des cellules souches du sang de cordon sont particuli rement importantes. (1) Ils proviennent d'une diversit d'individus qui d passe de loin le bassin de donneurs adultes et peuvent donc surmonter la majorit des obstacles immunologiques crois s. (2) Les cellules souches du sang de cordon ont un grand nombre de cellules T qui leur sont associ es, mais (paradoxalement) elles semblent tre associ es un taux de FIGURE 89e-3 Fonction relative des cellules dans la hi rarchie h matopo tique. Les bo tes repr sentent des caract ristiques fonctionnelles distinctes des cellules de la lign e my lo de (bo te sup rieure) par rapport la lign e lympho de (bo te inf rieure). incidence de la maladie du greffon contre l'h te par rapport aux cellules souches similaires non appari es provenant d'autres sources. Si l'expansion des cellules souches par auto-renouvellement pouvait tre r alis e, le nombre de cellules disponibles pourrait tre suffisant pour une utilisation chez les adultes de plus grande taille. Une approche alternative ce probl me consiste am liorer l'efficacit de la greffe de cellules souches de donneurs. L'ing nierie de la greffe explore des m thodes d'ajout de composants cellulaires qui peuvent am liorer la greffe. En outre, au moins certaines donn es sugg rent que l' puisement des cellules h tes NK (tueuses naturelles) peut r duire le nombre de cellules souches n cessaires la reconstitution de l'h matopo se. Une certaine compr hension limit e de l'auto-renouvellement existe et, curieusement, implique des produits g niques associ s l' tat de la chromatine, une organisation d'ordre lev de l'ADN chromosomique qui influence la transcription. Ceux-ci comprennent des membres de la famille polycomb, un groupe de r gulateurs transcriptionnels contenant des doigts de zinc qui interagissent avec la structure de la chromatine, contribuant l'accessibilit de groupes de g nes pour la transcription. Un membre, Bmi-1, est important pour permettre l'auto-renouvellement des cellules souches h matopo tiques par la modification des r gulateurs du cycle cellulaire tels que les inhibiteurs de la kinase d pendants de la cycline. En l'absence de Bmi-1 ou du r gulateur transcriptionnel, Gfi-1, les cellules souches h matopo tiques diminuent en nombre et en fonction. En revanche, la d r gulation de Bmi-1 a t associ e la leuc mie ; elle peut favoriser l'auto-renouvellement des cellules souches leuc miques lorsqu'elles sont surexprim es. D'autres r gulateurs de transcription ont galement t associ s l'auto-renouvellement, |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | en particulier les g nes hom obox, ou hox . Ces facteurs de transcription sont nomm s pour leur capacit gouverner un grand nombre de g nes, y compris ceux qui d terminent la structure corporelle chez les invert br s. HoxB4 est capable d'induire un auto-renouvellement important des cellules souches gr ce son motif de liaison l'ADN. Il a t not que d'autres membres de la famille des g nes hox affectent les cellules souches normales, mais ils sont galement associ s la leuc mie. Les signaux externes qui peuvent influencer les r sultats relatifs d'auto-renouvellement par rapport la diff renciation du cycle des cellules souches comprennent des ligands Wnt sp cifiques. Les interm diaires transducteurs de signaux intracellulaires sont galement impliqu s dans la r gulation de l'auto-renouvellement. Ils comprennent PTEN, un inhibiteur de la voie AKT, et STAT5, qui sont tous deux en aval des r cepteurs du facteur de croissance activ et n cessaires aux fonctions normales des cellules souches, y compris l'auto-renouvellement, au moins dans les mod les murins. Les liens entre ces mol cules restent d finir, et leur r le dans la r gulation physiologique de l'auto-renouvellement des cellules souches est encore mal compris. La relation des cellules souches au cancer est une dimension volutive importante de la biologie des cellules souches adultes. Le cancer peut partager des principes d'organisation avec les tissus normaux. Les cellules canc reuses sont h t rog nes m me au sein d'un patient donn et peuvent avoir une organisation hi rarchique des cellules avec une base de cellules souches capables des caract ristiques des cellules souches de signature : auto-renouvellement et diff renciation. Ces cellules souches pourraient tre la base de la perp tuation de la tumeur et repr senter une population rare qui se divise lentement avec des m canismes de r gulation distincts, y compris une relation avec un microenvironnement sp cialis . Une sous-population de cellules auto-renouvelables a t d finie pour certains cancers, mais pas pour tous. Une compr hension plus sophistiqu e de l'organisation des cellules souches des cancers peut conduire des strat gies am lior es pour d velopper de nouvelles th rapies pour les nombreux types de tumeurs malignes courantes et difficiles traiter qui ont t relativement r fractaires aux interventions visant diviser les cellules. Le concept de cellules souches canc reuses donne-t-il un aper u de l'origine cellulaire du cancer ? Le fait que certaines cellules d'un cancer aient des propri t s semblables celles des cellules souches ne signifie pas n cessairement que le cancer est apparu dans la cellule souche elle-m me. Au contraire, des cellules plus matures auraient pu acqu rir les caract ristiques d'auto-renouvellement des cellules souches. Il est peu probable qu'un seul v nement g n tique soit suffisant pour permettre la transformation compl te d'une cellule normale en une cellule franchement maligne. Au contraire, le cancer est un processus en plusieurs tapes, et pour que les multiples tapes s'accumulent, la cellule d'origine doit pouvoir persister pendant des p riodes prolong es. Il doit galement tre capable de g n rer un grand nombre de cellules filles. La cellule souche normale a ces propri t s et, en raison de sa capacit intrins que d'auto-renouvellement, peut tre plus facilement convertie en un ph notype malin. Cette hypoth se a t test e exp rimentalement dans le syst me h matopo tique. En tirant parti des marqueurs de surface cellulaire qui distinguent les cellules h matopo tiques de maturit variable, les cellules souches, les prog niteurs, les pr curseurs et les cellules matures peuvent tre isol s. De puissantes constructions de g nes transformants ont t plac es dans ces cellules, et il a t constat que la cellule ayant le plus grand potentiel de produire une tumeur maligne d pendait du g ne transformant. Dans certains cas, c' tait la cellule souche, mais dans d'autres, la cellule prog nitrice fonctionnait pour initier et perp tuer le cancer. Cela montre que les cellules peuvent acqu rir des propri t s semblables celles des cellules souches dans la malignit . QUE PEUVENT FAIRE LES CELLULES SOUCHES H MATOPO TIQUES ? Certaines donn es exp rimentales ont sugg r que les cellules souches h matopo tiques ou d'autres cellules mobilis es dans la circulation par les m mes facteurs que les cellules souches h matopo tiques sont capables de jouer un r le dans la gu rison des l sions vasculaires et tissulaires associ es aux accidents vasculaires c r braux et l'infarctus du myocarde. Ces donn es sont controvers es et l'applicabilit d'une approche par cellules souches aux conditions non h matopo tiques reste exp rimentale. Cependant, la technologie de reprogrammation offre la possibilit d'utiliser la cellule souche h matopo tique facilement obtenue comme source de cellules ayant d'autres capacit s. La cellule souche repr sente do |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | nc une v ritable p e double tranchant. Il a une norme capacit de gu rison et est essentiel la vie. Non contr l e, elle peut menacer la vie qu'elle entretient. Comprendre le fonctionnement des cellules souches, les signaux qui modifient leur comportement et les niches tissulaires qui modulent les r ponses des cellules souches aux blessures et aux maladies est essentiel pour d velopper plus efficacement la m decine base de cellules souches. Cet aspect de la m decine comprendra l'utilisation des cellules souches et l'utilisation de m dicaments pour cibler les cellules souches afin d'am liorer la r paration des tissus endommag s. Cela comprendra galement l' quilibre minutieux des interventions visant contr ler les cellules souches lorsqu'elles peuvent tre dysfonctionnelles ou malignes. Applications de la biologie des cellules souches en m decine clinique John A. Kessler Les dommages caus s un organe d clenchent une s rie d' v nements qui conduisent la reconstruction du tissu endommag , notamment la prolif ration, la diff renciation, les cellules souches 90e Cellules souches indiff renci es rythropo tine Neurones dopaminergiques rythrocytes Cellules souches h matopo tiques Dans le striatum Dans le c ur FIGURE intraveineuse 90e-1 Strat gies de transplantation de cellules souches. 1. Des cellules souches indiff renci es ou partiellement diff renci es peuvent tre inject es directement dans l'organe cible ou par voie intraveineuse. 2. Les cellules souches peuvent tre diff renci es ex vivo avant l'injection dans l'organe cible. 3. Des facteurs de croissance ou d'autres m dicaments peuvent tre inject s pour stimuler les populations de cellules souches endog nes. et la migration de divers types de cellules ; la lib ration de cytokines et de chimiokines ; et le remodelage de la matrice extracellulaire. Les cellules souches et prog nitrices endog nes font partie des populations cellulaires impliqu es dans ces r ponses aux l sions. Dans des conditions normales d' tat d' quilibre, un quilibre est maintenu dans lequel les cellules souches endog nes intrins ques au tissu reconstituent les cellules mourantes. Apr s une l sion tissulaire, les cellules souches d'organes tels que le foie et la peau ont une capacit remarquable r g n rer l'organe, tandis que d'autres populations de cellules souches, telles que celles du c ur et du cerveau, ont une capacit d'auto-r paration beaucoup plus limit e. Dans de rares circonstances, les cellules souches circulantes peuvent contribuer des r ponses r g n ratives en migrant dans un tissu et en se diff renciant en types de cellules sp cifiques un organe. L'objectif des th rapies base de cellules souches est de promouvoir le remplacement cellulaire dans les organes qui sont endommag s au-del de leur capacit s'auto-r parer. Au moins trois concepts th rapeutiques diff rents pour le remplacement cellulaire peuvent tre envisag s (Fig. 90e-1). Une approche th rapeutique implique l'administration directe de cellules souches. Les cellules peuvent tre inject es directement dans l'organe endommag , o elles peuvent se diff rencier dans le type de cellule souhait . Alternativement, les cellules souches peuvent tre inject es par voie syst mique car elles ont la capacit de se loger sur les tissus endommag s en suivant les gradients de cytokines et de chimiokines lib r es par l'organe malade. Une deuxi me approche implique la transplantation de cellules diff renci es d riv es de cellules souches. Par exemple, des cellules d' lots pancr atiques peuvent tre g n r es partir de cellules souches avant la transplantation chez des patients diab tiques, 90e-1 et des cardiomyocytes peuvent tre g n r s pour traiter une cardiopathie isch mique. Une troisi me approche consiste stimuler les cellules souches endog nes pour faciliter la r paration. Cet objectif pourrait tre atteint par l'administration de facteurs de croissance et de m dicaments appropri s qui amplifient le nombre de cellules souches/prog nitrices endog nes et/ou les dirigent pour se diff rencier en types de cellules souhait s. La stimulation th rapeutique des cellules pr curseurs est d j une r alit clinique dans le syst me h matopo tique, o des facteurs tels que l' rythropo tine, le facteur de stimulation des colonies de granulocytes et le facteur de stimulation des colonies de granulocytes-macrophages sont utilis s pour augmenter la production d' l ments sanguins sp cifiques. En plus de ces strat gies de remplacement cellulaire, un certain nombre d'autres approches pourraient impliquer cellules souches pour la g n ration ex vivo ou in situ de tissus, un processus appel g nie tissulaire (Chap. 92e). Les cellules souches sont galement d'excellents candidats en tant que v hicules pour la th rapie g nique cellulaire (Chap. 91e). Enfin, les cellules souches transplant es peuvent exercer des effets paracriniens sur les tissus endommag s sans diff rencier et remplacer les cellules perdues. |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | La greffe de cellules souches n'est pas un concept nouveau, mais fait d j partie de la pratique m dicale tablie. Les cellules souches h matopo tiques (chap. 89e) sont responsables du repeuplement long terme de tous les l ments sanguins chez les receveurs de greffes de moelle osseuse, et la transplantation de cellules souches h matopo tiques est l' talon-or par rapport auquel d'autres th rapies de transplantation de cellules souches seront mesur es. La transplantation de cellules diff renci es est galement une r alit clinique, et les organes et tissus donn s sont souvent utilis s pour remplacer les tissus endommag s. Cependant, le besoin de tissus et d'organes transplantables d passe de loin l'offre disponible, et la transplantation d'organes a un potentiel limit pour certains tissus, tels que le cerveau. Les cellules souches offrent la possibilit d'une source renouvelable de cellules de remplacement pour pratiquement tous les organes. Une vari t de diff rents types de cellules souches (Chap. 88) pourrait tre utilis e dans des strat gies de r g n ration, y compris des cellules souches embryonnaires (ES), des cellules souches pluripotentes induites (iPS), des cellules souches du sang du cordon ombilical (USC), des cellules souches somatiques sp cifiques un organe (par exemple, des cellules souches neuronales pour le traitement du cerveau) et des cellules souches somatiques qui g n rent des types de cellules sp cifiques l'organe cible plut t qu' l'organe donneur (par exemple, des cellules souches m senchymateuses de la moelle osseuse ou des cellules souches h matopo tiques CD34+ pour la r paration cardiaque). Bien que chaque type de cellule pr sente des avantages et des inconv nients potentiels, il existe un certain nombre de probl mes g n riques dans le d veloppement de l'un de ces types de cellules en un outil clinique utile et fiable. Cellules souches embryonnaires Les cellules souches embryonnaires ont le potentiel de g n rer tous les types de cellules dans le corps ; ainsi, en th orie, il n'y a aucune restriction sur les organes qui pourraient tre r g n r s. Les cellules ES peuvent s'auto-renouveler l'infini, de sorte qu'une seule lign e cellulaire avec des traits soigneusement caract ris s pourrait potentiellement g n rer un nombre presque illimit de cellules. En l'absence de contraintes morales ou thiques (voir Questions thiques ci-dessous), les blastocystes humains inutilis s provenant de cliniques de fertilit pourraient tre utilis s pour d river de nouvelles lign es cellulaires ES qui sont appari es immunologiquement avec des receveurs potentiels de greffe. Alternativement, le transfert nucl aire de cellules somatiques ( clonage th rapeutique ) pourrait tre utilis pour cr er des lign es de cellules ES g n tiquement identiques celles du patient, bien que cet effort ait t techniquement r fractaire pour les cellules humaines. Cependant, les cellules ES humaines sont difficiles cultiver et se d veloppent lentement. Les techniques pour les diff rencier en types de cellules sp cifiques ne font que commencer CHAPITRE 90e Applications de la biologie des cellules souches en m decine clinique d velopper. Les cellules ont tendance d velopper des caryotypes anormaux et d'autres anomalies avec un temps de culture accru, et les cellules ES ont le potentiel de former des t ratomes si toutes les cellules ne sont pas engag es dans les types de cellules souhait s avant la transplantation. En outre, les cellules ES humaines sont thiquement controvers es et, pour ces motifs, seraient inacceptables pour certains patients et m decins malgr leur potentiel th rapeutique. N anmoins, il y a eu des essais cliniques limit s de cellules d riv es de l'ES dans un certain nombre de troubles, y compris la d g n rescence maculaire, la myopie et les l sions de la moelle pini re. Cellules souches pluripotentes induites Le domaine de la biologie des cellules souches a t transform par la d couverte que les cellules somatiques adultes peuvent tre converties ( reprogramm es ) en cellules pluripotentes par la surexpression de quatre facteurs de transcription normalement exprim s dans les cellules pluripotentes (Chap. 88). Ces cellules iPS partagent la plupart des propri t s avec les cellules ES, bien qu'il existe des diff rences distinctes dans l'expression des g nes entre les cellules ES et iPS. L'utilisation initiale de virus pour ins rer les facteurs de transcription dans des cellules somatiques a rendu les cellules r sultantes impropres un usage clinique. Cependant, un certain nombre de strat gies ont depuis t d velopp es pour contourner ce probl me, notamment l'insertion d'ARNm, de prot ines ou de microARN modifi s plut t que d'ADNc ; l'utilisation de virus non int grateurs tels que le virus Sendai ; l'insertion de transposons avec les facteurs de programmation, suivie de leur retrait ult rieur ; et l'utilisation de constructions virales flox es, suivie d'un traiteme |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | nt par recombinase Cre pour exciser ces constructions. La s curit des cellules iPS chez l'homme reste d montrer, mais des essais cliniques sur la d g n rescence maculaire et d'autres troubles sont pr vus. Les avantages potentiels des cellules iPS sont que les cellules somatiques des patients g n reraient des cellules pluripotentes g n tiquement identiques celles du patient et que ces cellules ne sont pas soumises aux m mes contraintes thiques que les cellules ES. Il n'est pas clair si les diff rences d'expression g nique entre les cellules ES et iPS auront un impact sur leur utilit clinique potentielle, et des tudes sur les deux types de cellules seront essentielles pour r soudre ce probl me. Cellules souches du cordon ombilical Les cellules souches/prog nitrices du cordon ombilical sont largement et facilement disponibles. Ces cellules semblent tre associ es moins de maladie du greffon contre l'h te que certains autres types de cellules, comme les cellules souches de la moelle osseuse. Ils ont moins de restriction de l'antig ne leucocytaire humain que les cellules souches de la moelle osseuse adulte et sont moins susceptibles d' tre contamin s par l'herp svirus. Cependant, on ne sait pas combien de types de cellules diff rents peuvent tre g n r s partir des USC, et les m thodes de diff renciation de ces cellules en ph notypes non h matopo tiques font largement d faut. N anmoins, des essais cliniques sont en cours sur ces cellules dans des dizaines de troubles, notamment la cirrhose, les cardiopathies, la scl rose en plaques, les br lures, les accidents vasculaires c r braux, l'autisme et l'isch mie critique des membres. Cellules souches multipotentes sp cifiques aux organes Les cellules souches multipotentes sp cifiques aux organes ont l'avantage d' tre d j quelque peu sp cialis es, de sorte que l'incitation aux types de cellules souhait s peut tre plus facile. Des cellules pourraient potentiellement tre obtenues chez le patient et amplifi es en culture cellulaire, contournant les probl mes associ s au rejet immunitaire. Les cellules souches sont relativement faciles pr lever dans certains tissus, tels que la moelle osseuse et le sang, mais sont difficiles pr lever dans d'autres tissus, tels que le c ur et le cerveau. De plus, ces populations de cellules sont plus limit es en potentiel que les cellules ES ou iPS pluripotentes, et elles peuvent tre difficiles obtenir en grande quantit partir de nombreux organes. Par cons quent, des efforts consid rables ont t consacr s au d veloppement de techniques permettant d'utiliser des populations de cellules souches plus facilement accessibles, telles que les cellules souches m senchymateuses (CSM) de la moelle osseuse, les cellules souches h matopo tiques (CSH) CD34+, les cellules m senchymateuses cardiaques et les cellules souches d riv es du tissu adipeux (ASC), pour une utilisation dans des strat gies de r g n ration. Les preuves de culture tissulaire sugg rent que ces populations de cellules souches peuvent tre capables de g n rer des types de cellules diff renci es sans rapport avec leur source organique (y compris les myocytes, les chondrocytes, les cellules tendineuses, les ost oblastes, les cardiomyocytes, les adipocytes, les h patocytes et les neurones) dans un processus connu sous le nom de transdiff renciation. Cependant, il n'est pas encore clair si ces cellules souches sont capables de g n rer des types de cellules diff renci es qui s'int grent dans les organes, survivent et fonctionnent apr s la transplantation in vivo. Un certain nombre d' tudes pr coces sur les CSM transplant es dans le c ur, le foie et d'autres organes ont sugg r que les cellules s' taient diff renci es en types de cellules sp cifiques un organe avec des effets b n fiques dans des mod les animaux de maladie. Malheureusement, des tudes ult rieures ont r v l que les cellules souches s' taient simplement fusionn es avec des cellules r sidant dans les organes et que les effets b n fiques observ s taient dus la lib ration paracrine de cytokines trophiques et anti-inflammatoires. D'autres tudes seront n cessaires pour d terminer si la transdiff renciation des CSM, des ASC ou d'autres populations de cellules souches se produit une fr quence suffisamment lev e pour rendre ces cellules utiles pour le traitement de remplacement des cellules souches. Malgr les probl mes restants, des essais cliniques sur les CSM, les CSH autologues, les USC et les ASC sont en cours dans de nombreux troubles, notamment la cardiopathie isch mique, la cardiomyopathie, le diab te, les accidents vasculaires c r braux, la cirrhose et la dystrophie musculaire. Quelle que soit la source des cellules souches utilis es dans les strat gies de r g n ration, un certain nombre de probl mes g n riques doivent tre surmont s pour le d veloppement d'applications cliniques r ussies. Ces probl mes comprennent la mise au point de m thodes permettant de g n rer de mani re fiab |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | le un grand nombre de types de cellules sp cifiques, de minimiser le risque de formation de tumeurs ou de prolif ration de types de cellules inappropri s, d'assurer la viabilit et la fonction des cellules greff es, de surmonter le rejet immunitaire lorsque les autogreffes ne sont pas utilis es et de faciliter la revascularisation des tissus r g n r s. Chaque syst me d'organes posera galement des probl mes sp cifiques aux tissus pour les th rapies base de cellules souches. APPLICATIONS SP CIFIQUES LA maladie des CELLULES SOUCHES Cardiopathie isch mique et r g n ration des cardiomyocytes En raison de la forte pr valence de la cardiopathie isch mique, des efforts consid rables ont t consacr s au d veloppement de strat gies de remplacement des cardiomyocytes par des cellules souches. Historiquement, le c ur adulte a t consid r comme un organe diff renci en phase terminale sans capacit de r g n ration. Cependant, des tudes r centes ont d montr que le c ur a la capacit d'avoir de faibles niveaux de r g n ration cardiomyocytaire (Chap. 265e). Cette r g n ration semble tre r alis e par des cellules souches cardiaques r sidant dans le c ur et ventuellement aussi par des cellules provenant de la moelle osseuse. Le c ur pourrait tre une source id ale de cellules souches usage th rapeutique, mais les techniques d'isolement, de caract risation et d'amplification d'un grand nombre de ces cellules n'ont pas encore t perfectionn es. Pour une r paration myocardique r ussie, la th rapie par cellules souches doit d livrer des cellules de mani re syst mique ou locale, et les cellules doivent survivre, se greffer et se diff rencier en cardiomyocytes fonctionnels qui se couplent m caniquement et lectriquement avec le myocarde du receveur. La m thode optimale pour l'administration de cellules n'est pas claire, et diverses tudes exp rimentales et cliniques ont utilis avec succ s des injections coronariennes intramyocardiques, transendocardiques, intraveineuses, intracoronaires et r trogrades. Dans l'infarctus du myocarde exp rimental, des am liorations fonctionnelles ont t r alis es apr s la transplantation d'une vari t de types cellulaires diff rents, y compris les cellules ES, les CSH, les CSM, les USC et les ASC. Les premi res tudes ont sugg r que chacun de ces types de cellules pourrait avoir le potentiel de se greffer et de g n rer des cardiomyocytes. Cependant, la plupart des chercheurs ont constat que la g n ration de nouveaux cardiomyocytes par ces cellules est au mieux un v nement rare et que la survie du greffon sur de longues p riodes est m diocre. La pr pond rance des preuves sugg re que les effets b n fiques observ s de la plupart des th rapies exp rimentales ne provenaient pas de la g n ration directe de cellules souches de cardiomyocytes, mais plut t d'effets indirects des cellules souches sur les cellules r sidentes. Il n'est pas clair si ces effets refl tent la lib ration de facteurs trophiques solubles, l'induction de l'angiogen se, la lib ration de cytokines anti-inflammatoires ou un autre m canisme. Une grande vari t de m thodes d'administration de cellules, de types de cellules et de doses de cellules ont t utilis s dans une s rie d'essais cliniques qui s' largit progressivement, mais le sort des cellules et les m canismes par lesquels elles modifient la fonction cardiaque restent des questions ouvertes. Dans l'ensemble, cependant, ces tudes ont montr une am lioration faible mais mesurable de la fonction cardiaque et, dans certains cas, une r duction de la taille de l'infarctus. En bref, les preuves disponibles sugg rent que l'impact clinique b n fique refl te un effet indirect des cellules transplant es plut t qu'un v ritable remplacement cellulaire. Diab te Les succ s de la transplantation d' lots de Langerhans et de pancr as ont fourni une preuve de concept pour les th rapies base de cellules pour le diab te de type 1. Cependant, la demande de pancr as donneurs d passe de loin le nombre disponible, et le maintien de la survie long terme du greffon est un probl me. La recherche d'une source renouvelable de cellules souches capables de r g n rer les lots pancr atiques a donc t intensive. Le renouvellement des cellules b ta pancr atiques se produit m me dans le pancr as normal, bien que la source des nouvelles cellules b ta reste controvers e. Ce renouvellement persistant sugg re que, en principe, il devrait tre possible de d velopper des strat gies de reconstitution de la population de cellules b ta chez les diab tiques. Les tentatives de concevoir des techniques pour promouvoir les processus de r g n ration endog nes en utilisant des combinaisons de facteurs de croissance, de m dicaments et de th rapie g nique ont chou jusqu' pr sent, mais cela reste une approche potentiellement viable. Un certain nombre de types de cellules diff rents sont candidats pour une utilisation dans les strat gies de remplacement de cellules souches, y compris les cellules iPS, |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | les cellules ES, les cellules prog nitrices h patiques, les cellules prog nitrices canalaires pancr atiques et les CSM. Le succ s du traitement d pendra du d veloppement d'une source de cellules qui peuvent tre amplifi es pour produire un grand nombre de descendants capables de synth tiser, de stocker et de lib rer de l'insuline lorsque cela est n cessaire, principalement en r ponse aux changements du taux ambiant de glucose. La capacit prolif rative des cellules de remplacement doit tre troitement r gul e pour viter une expansion excessive du nombre de cellules b ta et le d veloppement cons cutif d'une hyperinsulin mie/hypoglyc mie ; de plus, les cellules doivent r sister au rejet immunitaire. Bien qu'il ait t rapport que les cellules ES et iPS peuvent tre diff renci es en cellules qui produisent de l'insuline, ces cellules ont une faible teneur en insuline et un taux lev d'apoptose et n'ont g n ralement pas la capacit de normaliser les taux de glyc mie chez les animaux diab tiques. Ainsi, les cellules ES et iPS n'ont pas encore t utiles pour la production grande chelle de cellules d' lots diff renci es. Au cours de l'embryogen se, le pancr as, le foie et le tractus gastro-intestinal sont tous d riv s de l'endoderme ant rieur, et une transdiff renciation du pancr as vers le foie et vice versa a t observ e dans un certain nombre de conditions pathologiques. Il existe galement des preuves substantielles que les cellules souches multipotentes r sident dans les glandes gastriques et les cryptes intestinales. Ces observations sugg rent que les cellules pr curseurs h patiques, pancr atiques et/ou gastro-intestinales peuvent tre des candidats raisonnables pour le traitement cellulaire du diab te, bien qu'il ne soit pas clair si les cellules productrices d'insuline d riv es de cellules souches pancr atiques ou de prog niteurs h patiques peuvent tre tendues in vitro des nombres cliniquement utiles. Les CSM et les cellules souches neurales auraient toutes deux la capacit de g n rer des cellules productrices d'insuline, mais il n'existe aucune preuve convaincante que l'un ou l'autre type de cellule sera cliniquement utile. Des essais cliniques sur les CSM, les USC, les CSH et les ASC dans le diab te de type 1 et de type 2 sont en cours. Syst me nerveux Des progr s substantiels ont t r alis s dans le d veloppement de m thodologies pour g n rer des cellules neurales partir de diff rentes populations de cellules souches. Les cellules ES ou iPS humaines peuvent tre induites g n rer des cellules ayant les propri t s des cellules souches neurales, et ces cellules leur tour donnent naissance des neurones, des oligodendroglies et des astrocytes. Un nombre raisonnablement lev de ces cellules peut tre transplant dans le cerveau du rongeur avec la formation de types de cellules appropri s et sans formation de tumeur. Les cellules souches multipotentes pr sentes dans le cerveau adulte peuvent galement tre facilement amplifi es en nombre et utilis es pour g n rer tous les principaux types de cellules neurales, mais la n cessit de proc dures invasives pour obtenir des cellules autologues est une limitation majeure. Les cellules souches neurales f tales d riv es de fausses couches ou d'avortements sont une alternative mais soul vent des pr occupations thiques. N anmoins, des essais cliniques sur les cellules souches neurales f tales ont commenc dans la scl rose lat rale amyotrophique (SLA), les accidents vasculaires c r braux et plusieurs autres troubles. La transdiff renciation des CSM et des ASC en cellules souches neurales, et vice versa, a t rapport e par de nombreux chercheurs, et des essais cliniques de telles cellules ont commenc pour un certain nombre de maladies neurologiques. Des essais cliniques d'une lign e cellulaire humaine immortalis e conditionnellement et d'USCs dans un accident vasculaire c r bral sont galement en cours. En raison de la nature invalidante des troubles neuronaux et de la capacit de r paration endog ne limit e du syst me nerveux, les essais cliniques sur les cellules souches dans les troubles neurologiques ont t particuli rement nombreux, y compris les essais sur les l sions de la moelle pini re, la scl rose en plaques, l' pilepsie, la maladie d'Alzheimer, la SLA, les accidents vasculaires c r braux aigus et chroniques, de nombreux troubles g n tiques, les l sions c r brales traumatiques, la maladie de Parkinson et autres. Dans des maladies telles que la SLA, les avantages possibles sont plus susceptibles d' tre dus des effets trophiques indirects qu'au remplacement des neurones. Dans la maladie de Parkinson, les principales caract ristiques motrices de la maladie r sultent de la perte d'une seule population cellulaire : les neurones dopaminergiques au sein de la substance noire ; cette circonstance sugg re que le remplacement cellulaire devrait tre relativement simple. Cependant, deux essais cliniques de transplantation nigrale f tale n' |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | ont pas atteint leur crit re d' valuation principal et ont t compliqu s par le d veloppement d'une dyskin sie. La transplantation de cellules productrices de dopamine d riv es de cellules souches offre un certain nombre d'avantages potentiels 90e-3 par rapport aux greffes f tales, notamment la capacit des cellules souches migrer et se disperser dans les tissus, le potentiel de lib ration r gulable de dopamine par g nie g n tique et la capacit de cr er des cellules pour produire des facteurs qui am lioreront la survie cellulaire. N anmoins, l'exp rience des greffes f tales met en vidence les difficult s qui peuvent tre rencontr es. Au moins une partie du dysfonctionnement neurologique apr s une l sion de la moelle pini re refl te la d my linisation, et les cellules ES et les CSM peuvent faciliter la remy linisation apr s une l sion exp rimentale de la moelle pini re (SCI). Des essais cliniques sur les CSM dans ce trouble ont commenc dans un certain nombre de pays, et la SCI a t le premier trouble cibl pour l'utilisation clinique des cellules ES. Cependant, l'essai sur les cellules ES dans le SCI a t interrompu pr matur ment pour des raisons non m dicales. l'heure actuelle, aucune population de cellules souches transplant es n'a la capacit de g n rer des neurones qui tendent les axones sur de longues distances pour former des connexions synaptiques (comme cela serait n cessaire pour le remplacement des motoneurones sup rieurs dans la SLA, les accidents vasculaires c r braux ou d'autres troubles). Pour de nombreuses blessures, y compris les SCI, l' quilibre entre la formation de cicatrices et la r paration/r g n ration des tissus peut s'av rer tre un facteur important. Par exemple, il peut finalement s'av rer n cessaire de limiter la formation de cicatrices afin que les axones puissent r tablir les connexions. La transplantation h patique est actuellement le seul traitement efficace pour les maladies du foie en phase terminale, mais la p nurie de greffes h patiques limite son application. Les essais cliniques sur la transplantation d'h patocytes d montrent son potentiel en tant que substitut la transplantation d'organes, mais cette approche est limit e par la raret des cellules disponibles. Les sources potentielles de cellules souches pour les strat gies de r g n ration comprennent les cellules souches endog nes du foie (telles que les cellules ovales), les cellules ES, les CSM et les USC. Bien qu'une s rie d' tudes chez l'homme ainsi que chez l'animal ait sugg r que les CSM et CSH transplant s peuvent g n rer des h patocytes, la fusion des cellules transplant es avec des cellules h patiques endog nes, donnant l'apparence erron e de nouveaux h patocytes, semble tre l' v nement sous-jacent dans la plupart des circonstances. Les preuves disponibles sugg rent que les CSH et CSM transplant s ne peuvent g n rer des cellules h patocytaires dans le foie qu' une tr s faible fr quence, mais il y a des cons quences b n fiques vraisemblablement li es aux effets paracriniens indirects. Les cellules ES peuvent tre diff renci es en h patocytes et transplant es dans des mod les animaux d'insuffisance h patique sans formation de t ratomes. Des essais cliniques sont en cours dans la cirrhose avec de nombreux types de cellules, y compris les CSM, les USC, les CSH et les ASC. Autres syst mes d'organes et avenir L'utilisation des cellules souches dans les strat gies de r g n ration a t tudi e pour de nombreux autres syst mes d'organes et types de cellules, notamment la peau, les yeux, le cartilage, les os, les reins, les poumons, l'endom tre, l'endoth lium vasculaire, les muscles lisses et les muscles stri s, et des essais cliniques sont en cours dans ces organes et d'autres. En fait, le potentiel de r g n ration des cellules souches des organes et tissus endommag s est pratiquement illimit . Cependant, de nombreux obstacles doivent tre surmont s avant que les th rapies base de cellules souches puissent devenir une r alit clinique r pandue. Seuls les CSH ont t ad quatement caract ris s par des marqueurs de surface afin qu'ils puissent tre identifi s sans ambigu t , une condition pr alable des applications cliniques fiables. Les voies de diff renciation des cellules souches en ph notypes cellulaires sp cifiques sont largement inconnues, et la capacit contr ler la migration des cellules transplant es ou pr dire la r ponse des cellules l'environnement des organes malades est actuellement limit e. Certaines strat gies peuvent utiliser la coadministration d'un chafaudage, d'une matrice extracellulaire artificielle et/ou de facteurs de croissance pour orchestrer la diff renciation des cellules souches et leur organisation en constituants appropri s de l'organe. Il n'existe actuellement aucun moyen d'imager des cellules souches in vivo apr s une transplantation chez l'homme, et il sera n cessaire de d velopper des techniques pour le faire. Heureusement, les cellules souches p |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | euvent tre modifi es avant la transplantation pour contenir un agent de contraste qui peut rendre leur imagerie in vivo r alisable. Le potentiel de formation de tumeurs et les probl mes associ s au rejet immunitaire sont des obstacles, et il sera galement n cessaire de d velopper des techniques pour assurer la vascularisation des tissus r g n r s. Il existe d j de nombreuses strat gies pour soutenir le remplacement cellulaire, y compris la coadministration de facteur de croissance endoth lial vasoactif pour favoriser la vascularisation de la greffe. Certaines strat gies comprennent galement le g nie g n tique des cellules souches avec un g ne suicide inductible afin que les cellules puissent tre facilement radiqu es dans CHAPITRE 90e Applications de la biologie des cellules souches en m decine clinique en cas de formation d'une tumeur ou d'une autre complication. Le potentiel des th rapies base de cellules souches pour r volutionner les soins m dicaux est extraordinaire, et des troubles tels que l'infarctus du myocarde, le diab te et la maladie de Parkinson, entre autres, sont potentiellement gu rissables par de telles th rapies. Cependant, les th rapies base de cellules souches en sont encore un stade tr s pr coce de d veloppement, et la perfection des techniques de transplantation clinique de cellules pr visibles et bien caract ris es sera une entreprise difficile et longue. Les th rapies base de cellules souches soul vent des questions thiques et socialement controvers es qui doivent tre abord es parall lement aux opportunit s scientifiques et m dicales. La soci t pr sente une grande diversit en ce qui concerne les croyances religieuses, les concepts de droits individuels, la tol rance l'incertitude et au risque, et les limites de la mani re dont les interventions scientifiques doivent tre utilis es pour modifier l'issue de la maladie. Aux tats-Unis, le gouvernement f d ral a autoris la recherche utilisant des lign es cellulaires ES humaines existantes, mais restreint toujours l'utilisation des fonds f d raux pour le d veloppement de nouvelles lign es cellulaires ES humaines. Des tudes en cours sur des lign es existantes ont indiqu qu'elles d veloppent des anomalies avec le temps en culture et qu'elles peuvent tre contamin es par des prot ines de souris. Ces r sultats soulignent la n cessit de d velopper de nouvelles lign es cellulaires ES humaines. Le d veloppement de la technologie des cellules iPS peut r duire la n cessit de d river de nouvelles lign es de cellules ES, mais il n'est toujours pas clair si les diff rences dans l'expression des g nes par les cellules ES et iPS sont importantes pour une utilisation clinique potentielle. Dans l'examen des questions thiques associ es l'utilisation des cellules souches, il est utile de tirer parti de l'exp rience acquise avec d'autres avanc es scientifiques, telles que la transplantation d'organes, la technologie de l'ADN recombinant, l'implantation de dispositifs m caniques, la recherche neuroscientifique et cognitive, la f condation in vitro et les tests g n tiques pr natals. Ces pr c dents et d'autres ont soulign l'importance de comprendre et de tester la biologie fondamentale en laboratoire et dans des mod les animaux avant d'appliquer de nouvelles techniques dans des essais cliniques soigneusement contr l s. Lorsque ces essais ont lieu, ils doivent inclure un consentement clair complet et une surveillance minutieuse par des groupes d'examen externes. En fin de compte, il y aura des interventions m dicales qui sont scientifiquement r alisables mais thiquement ou socialement inacceptables pour certains membres d'une soci t . La recherche sur les cellules souches soul ve des questions fondamentalement difficiles sur la d finition de la vie humaine, et elle a suscit de profondes craintes quant la capacit d' quilibrer les questions de justice et de s curit avec les besoins des patients gravement malades. Les prestataires de soins de sant et les experts ayant des ant c dents en thique, en droit et en sociologie doivent aider se pr munir contre l'application pr matur e ou inappropri e de th rapies base de cellules souches et l'implication inappropri e de groupes de population vuln rables. Cependant, ces th rapies offrent de nouvelles strat gies importantes pour le traitement de troubles par ailleurs irr versibles. Un dialogue ouvert entre la communaut scientifique, les m decins, les patients et leurs d fenseurs, les l gislateurs et la population la que est d'une importance cruciale pour soulever et aborder d'importantes questions thiques et quilibrer les avantages et les risques associ s au transfert de cellules souches. par de nombreux facteurs, y compris un d sir intense de d velopper des th rapies pour 91e-1 Th rapie g nique en m decine clinique, maladies jusqu' pr sent incurables, manque de compr hension des risques et, dans certains cas, conflits d'int r ts financiers non divulgu |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | s. Apr s un adolescent Katherine A. High est d c d e de complications li es la perfusion de vecteurs, le champ a subi une Le transfert de g nes est un nouveau domaine th rapeutique dans lequel l'agent actif est une s quence d'acides nucl iques plut t qu'une prot ine ou une petite mol cule. tant donn que l'apport d'ADN ou d'ARN nu une cellule est un processus inefficace, la plupart des transferts de g nes sont effectu s l'aide d'un vecteur ou d'un v hicule d'apport de g nes. Ces v hicules ont g n ralement t con us partir de virus en supprimant une partie ou la totalit du g nome viral et en le rempla ant par le g ne th rapeutique d'int r t sous le contr le d'un promoteur appropri (Tableau 91e-1). Les strat gies de transfert de g nes peuvent ainsi tre d crites en termes de trois l ments essentiels : (1) un vecteur ; (2) un g ne d livrer, parfois appel transg ne ; et (3) une cellule cible physiologiquement pertinente laquelle l'ADN ou l'ARN est d livr . La s rie d' tapes au cours desquelles le vecteur et l'ADN donn p n trent dans la cellule cible et expriment le transg ne est appel e transduction. L'administration de g nes peut avoir lieu in vivo, dans laquelle le vecteur est directement inject au patient, ou, dans le cas de cellules h matopo tiques et d'autres cellules cibles, ex vivo, avec retrait des cellules cibles du patient, suivi du retour des cellules autologues modifi es par le g ne au patient apr s manipulation en laboratoire. Cette derni re approche combine efficacement les techniques de transfert de g nes avec les th rapies cellulaires (Chap. 90e). Le transfert de g nes est l'un des concepts les plus puissants de la m decine mol culaire moderne et a le potentiel de traiter une foule de maladies pour lesquelles il n'existe actuellement aucun traitement disponible. Des essais cliniques de th rapie g nique sont en cours depuis 1990 ; un jalon r cent dans le domaine a t l'homologation, en 2012, du premier produit de th rapie g nique approuv en Europe ou aux tats-Unis (voir ci-dessous). tant donn que la th rapie g nique m diation vectorielle est sans doute l'une des th rapies les plus complexes jamais d velopp es, compos e la fois d'un acide nucl ique et d'un composant prot ique, cette volution du premier essai clinique au produit sous licence est remarquable car elle est similaire celle observ e avec d'autres nouvelles classes de th rapies, y compris les anticorps monoclonaux ou la greffe de moelle osseuse. Plus de 5 000 sujets ont t inclus dans des tudes de transfert de g nes, et les v nements ind sirables graves ont t rares. Certains des essais initiaux ont t caract ris s par une surabondance d'optimisme et un chec critiquer de mani re appropri e les tudes pr cliniques chez l'animal ; en outre, il n'a pas t pleinement compris dans certains contextes que les tudes animales ne sont qu'un guide partiel des profils de s curit des produits chez l'homme (par exemple, la mutag n se insertionnelle). L'exub rance initiale a t l'origine de la r duction des effectifs ; la poursuite des efforts a conduit une compr hension plus nuanc e des risques et des avantages de ces nouvelles th rapies et une s lection plus sophistiqu e des cibles de la maladie. Actuellement, des th rapies g niques sont en cours de d veloppement pour une grande vari t d'entit s pathologiques (Fig. 91e-1). Les strat gies de transfert de g nes pour les maladies g n tiques impliquent g n ralement une th rapie d'addition de g nes, une approche caract ris e par le transfert du g ne manquant une cellule cible physiologiquement pertinente. Cependant, d'autres strat gies sont possibles, notamment la fourniture d'un g ne qui produit un effet biologique similaire par une voie alternative (par exemple, le facteur VIIa pour l'h mophilie A) ; la fourniture d'un oligonucl otide antisens pour pisser un exon mutant si la s quence n'est pas critique pour la fonction de la prot ine (comme cela a t fait avec le g ne de la dystrophine dans la dystrophie musculaire de Duchenne) ; ou la r gulation n gative d'un effet nocif par un petit ARN interf rent (ARNsi). Deux strat gies distinctes sont utilis es pour atteindre l'expression g nique long terme : l'une consiste transduire des cellules souches avec un vecteur int grateur, de sorte que toutes les cellules prog nitrices portent le g ne donn ; et l'autre consiste transduire des cellules longue dur e de vie, telles que les muscles squelettiques ou les neurones. In the case de cellules longue dur e de vie, l'int gration dans le g nome de la cellule cible est inutile. Au lieu de cela, parce que les cellules ne se divisent pas, l'ADN donn , s'il est stabilis sous une forme pisomique, donnera lieu une expression pour la vie de la cellule. Cette approche vite ainsi les probl mes li s l'int gration et la mutagen se insertionnelle. TROUBLES DE L'IMMUNODEFICIENCE : PREUVE DE Les premi res tentatives d'effectuer un |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | remplacement g nique dans les cellules souches h matopo tiques (CSH) ont t contrecarr es par l'efficacit relativement faible de la transduction des vecteurs r troviraux, qui n cessitent la division des cellules cibles pour l'int gration. Parce que les CSH sont normalement quiescents, ils constituent une formidable cible de transduction. Cependant, l'identification des cytokines qui induisaient la division cellulaire sans favoriser la diff renciation des cellules souches, ainsi que les am liorations techniques dans l'isolement et la transduction des CSH, ont conduit des gains modestes mais r els en efficacit de transduction. Le premier effet th rapeutique convaincant du transfert de g nes s'est produit avec la maladie d'immunod ficience combin e s v re (DICS) li e l'X, qui r sulte de mutations dans le g ne (IL2RG) codant pour la sous-unit c des r cepteurs de cytokines n cessaires au d veloppement normal de R ponses immunitaires au vecteur Risque th orique de mutagen se insertionnelle (survenu dans plusieurs cas) licite peu de r ponses inflammatoires, non pathog nes 8,5 ko Besoin d'un syst me d'emballage stable ADN ARN Grand emballage Capacit immunitaire limit e avec des r ponses contre le g ne persistant le transfert de vecteur L'icit r siduelle du g ne cytotoxique-transduit avec l'expression des neurones est transitoire de sp cificit Abr viations : AAV, virus ad no-associ ; HSV, virus de l'herp s simplex ; SV, virus du sarcome. , de sorte que les clones errants peuvent tre rapidement ablat s, ou en utilisant des l ments isolants dans la cassette, ce qui peut limiter l'activation des g nes entourant le site d'insertion. Les vecteurs lentiviraux, qui peuvent transduire efficacement des cellules cibles non divisantes, sont galement susceptibles d' tre plus s rs que les vecteurs r troviraux, en fonction des mod les d'int gration ; le champ se d place donc progressivement vers ceux-ci pour remplacer les vecteurs r troviraux. Un succ s plus net a t obtenu dans un essai de th rapie g nique pour une autre forme de DICS, le d ficit en ad nosine d saminase (ADA) (chap. 374). ADASCID est cliniquement similaire au SCID li l'X, bien qu'il puisse tre trait par un traitement enzymatique substitutif avec une forme p gyl e de l'enzyme (PEG-ADA), ce qui conduit une reconstitution immunitaire mais pas toujours une num ration normale des lymphocytes T. La th rapie de substitution enzymatique est co teuse (co ts annuels : 200 000 $ 300 000 $ en DOLLARS AM RICAINS. Les premiers essais de th rapie g nique pour Nombre d'essais (ann e 2013) ADA-SCID ont chou , mais les modifications des indications de la FIGURE 91e-1 dans les essais cliniques de th rapie g nique. Le graphique barres classe ce protocole pour inclure l'utilisation des CSH plut t que des tudes cliniques de transfert de g nes par maladie. La majorit des essais ont abord le cancer, les lymphocytes T comme cible de transduction ; l'arr t avec des troubles monog niques, des maladies infectieuses et des maladies cardiovasculaires le prochain de PEG-ADA au moment de la perfusion du vecteur, de sorte que les plus grandes cat gories. (Adapt de SL Ginn et al : J Gene Med 15:65-77, 2013. Les cellules transduites publi es ont un avantage prolif ratif sur en ligne dans Wiley Online.) et des cellules tueuses naturelles (NK) Nourrissons atteints pr sents dans les premiers mois de la vie avec des infections accablantes et/ou un retard de croissance. Dans ce trouble, il a t reconnu que les cellules transduites, m me si elles taient peu nombreuses, auraient un avantage prolif ratif par rapport aux cellules non transduites, qui manquent de r cepteurs pour les cytokines n cessaires au d veloppement et la maturation des lymphocytes. La reconstitution compl te du syst me immunitaire, y compris les r ponses document es aux vaccinations infantiles standard, l' limination des infections et les gains remarquables de croissance, s'est produite chez la plupart des enfants trait s. Cependant, parmi 20 enfants trait s dans deux essais distincts, cinq ont finalement d velopp un syndrome similaire la leuc mie lympho de aigu lymphocytes T, avec une spl nom galie, une augmentation du nombre de globules blancs et l' mergence d'un seul clone de lymphocytes T. Des tudes mol culaires ont r v l que, chez la plupart de ces enfants, le vecteur r troviral s' tait int gr dans un g ne, LMO-2 (LIM ONLY-2), qui code pour un composant d'un complexe de facteur de transcription impliqu dans le d veloppement h matopo tique. La longue r p tition terminale r trovirale augmente l'expression de LMO-2, entra nant une leuc mie cellules T. Les tudes SCID li es l'X ont marqu un tournant dans l' volution de la th rapie g nique. Ils ont d montr de mani re concluante que la th rapie g nique pouvait gu rir la maladie ; sur les 20 enfants ventuellement trait s dans ces essais, 18 ont r ussi corriger le troubl |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | e d'immunod ficience. Malheureusement, 5 des 20 patients ont d velopp plus tard un trouble de type leuc mique, et un est d c d de cette complication ; les autres sont vivants et exempts de complications des p riodes allant jusqu' 14 ans apr s le traitement initial. Ces tudes ont d montr que la mutagen se insertionnelle conduisant au cancer tait plus qu'une possibilit th orique (Tableau 91e-2). la suite de l'exp rience de ces essais, tous les protocoles utilisant des vecteurs d'int gration dans les cellules h matopo tiques doivent inclure un plan de surveillance des sites d'insertion et de prolif ration clonale. Les strat gies pour surmonter cette complication ont inclus l'utilisation d'une cassette de g nes suicide dans le Silencieux des g nes r pression du promoteur Ph notoxicit complications d coulant de la surexpression ou de l'expression ectopique du transg ne Immunotoxicit r ponse immunitaire nocive au vecteur ou au transg ne Risques de transmission horizontale excr tion du vecteur infectieux dans l'environnement Risques de transmission verticale la transmission germinale de l'ADN donn non transduit ; et l'utilisation d'un r gime de conditionnement l ger pour faciliter la greffe des cellules transduites ont conduit au succ s sans les complications observ es dans les essais SCID li s l'X. Il n'y a pas eu de complications chez les 10 enfants trait s par le protocole de Milan, avec un suivi m dian >8 ans. ADA-SCID est donc un exemple o la th rapie g nique a chang les options th rapeutiques pour les patients. Pour ceux qui ont un fr re ou une s ur identique l'antig ne leucocytaire humain (HLA), la greffe de moelle osseuse reste la meilleure option de traitement, mais cela ne concerne qu'une minorit des personnes touch es. Pour ceux qui n'ont pas de correspondance identique HLA, la th rapie g nique a une efficacit comparable celle du PEG-ADA, ne n cessite pas d'injections r p titives et ne risque pas de neutraliser les anticorps dirig s contre l'enzyme bovine. MALADIES NEUROD G N RATIVES : EXTENSION DE PRINCIPE Les essais SCID ont tay l'hypoth se selon laquelle le transfert de g nes dans les CSH pourrait tre utilis pour traiter toute maladie pour laquelle la greffe allog nique de moelle osseuse tait th rapeutique. De plus, l'utilisation de cellules autologues g n tiquement modifi es pr sentait plusieurs avantages, notamment l'absence de risque de maladie du greffon contre l'h te, la disponibilit garantie d'un donneur ( moins que la maladie elle-m me n'endommage la population de cellules souches du patient) et une faible probabilit d' chec de la greffe. Cartier et Aubourg ont capitalis sur cette r alisation pour mener le premier essai de transduction vectorielle lentivirale des CSH pour un trouble neurod g n ratif, l'adr noleucodystrophie li e l'X (ALD). L'ALD li e l'X est une maladie d my linisante mortelle du syst me nerveux central caus e par des mutations dans le g ne codant pour un transporteur de cassette de liaison l'ad nosine triphosphate. La carence en cette prot ine entra ne l'accumulation d'acides gras cha ne longue dans les oligodendrocytes et les microglies, perturbant ainsi le maintien de la my line par ces cellules. Les gar ons atteints pr sentent des signes cliniques et neuroradiographiques de maladie l' ge de 6 8 ans et meurent g n ralement avant l'adolescence. Apr s la transduction lentivirale des CSH autologues chez les jeunes gar ons atteints de la maladie, une stabilisation spectaculaire de la maladie s'est produite, d montrant que la transduction des cellules souches pourrait fonctionner pour les troubles neurod g n ratifs et immunologiques. Les chercheurs de Milan ont pouss cette observation un peu plus loin pour d velopper un traitement pour un autre trouble neurod g n ratif qui a d j mal r pondu la greffe de moelle osseuse. La leucodystrophie m tachromatique est un trouble du stockage lysosomal caus par des mutations dans le g ne codant pour l'arylsulfatase A (ARSA). La forme infantile tardive de la maladie est caract ris e par une d ficience motrice et cognitive progressive, et la mort dans les quelques ann es suivant l'apparition, en raison de l'accumulation du substrat sulfatide de l'ARSA dans les oligodendrocytes, la microglie et certains neurones. Reconnaissant que les niveaux endog nes de production d'ARSA taient trop faibles pour assurer une correction crois e par greffe allog nique, Naldini et ses coll gues ont mis au point un vecteur lentiviral qui dirigeait les niveaux supraphysiologiques d'expression d'ARSA dans les cellules transduites. La transduction des CSH autologues chez les enfants n s avec la maladie, un moment o ils taient encore pr symptomatiques, a conduit la pr servation et l'acquisition continue de jalons moteurs et cognitifs des p riodes allant jusqu' 32 mois apr s que les fr res et s urs affect s aient commenc perdre des jalons. Ces r sultats illust |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | rent que la capacit concevoir des niveaux d'expression peut permettre aux approches de th rapie g nique de r ussir l o la greffe allog nique de moelle osseuse ne peut pas. Il est probable qu'une approche similaire sera utilis e dans d'autres affections neurod g n ratives. La transduction des CSH pour traiter les h moglobinopathies est une extension vidente des tudes d j men es, mais repr sente un obstacle plus important en termes d' tendue de la transduction n cessaire pour obtenir un effet th rapeutique. Des essais sont actuellement en cours pour la thalass mie et pour un certain nombre d'autres troubles h matologiques, y compris le syndrome de Wiskott-Aldrich et la maladie granulomateuse chronique. EXPRESSION LONG TERME DANS UNE MALADIE G N TIQUE : TRANSFERT DE G NE IN VIVO AVEC DES VECTEURS VIRAUX AD NO-ASSOCI S RECOMBINANTS Les vecteurs viraux ad no-associ s (AAV) recombinants sont apparus comme des vecteurs de livraison de g nes attrayants pour les maladies g n tiques. Con us partir d'un petit virus ADN r plication d fectueuse, ils sont d pourvus de s quences codantes virales et d clenchent tr s peu de r ponse immunitaire chez les animaux de laboratoire. Ils sont capables de transduire des cellules cibles non divisantes, et l'ADN donn est stabilis principalement sous une forme pisomique, minimisant ainsi les risques d coulant de la mutagen se insertionnelle. Parce que le vecteur a un tropisme pour certains types de cellules longue dur e de vie, tels que le muscle squelettique, le syst me nerveux central (SNC) et les h patocytes, l'expression long terme peut tre obtenue m me en l'absence d'int gration. Ces caract ristiques de l'AAV ont t utilis es pour d velopper le premier produit de th rapie g nique sous licence en Europe, un vecteur de l'AAV pour le traitement du d ficit en lipoprot ines lipases (LPL) du trouble autosomique r cessif. Ce trouble rare (1 2/million) est d des mutations de perte de fonction dans le g ne codant pour la LPL, une enzyme normalement produite dans le muscle squelettique et n cessaire au catabolisme des lipoprot ines riches en triglyc rides et des chylomicrons. Les personnes touch es ont un s rum lip mique et peuvent pr senter des xanthomes ruptifs, une h patospl nom galie et, dans certains cas, des pisodes r currents de pancr atite aigu . Les essais cliniques ont d montr l'innocuit de l'injection intramusculaire d'AAV-LPL et son efficacit pour r duire la fr quence des pisodes de pancr atite chez les personnes touch es, ce qui a conduit l'approbation du m dicament en Europe. D'autres essais cliniques actuellement en cours qui utilisent des vecteurs AAV dans le cadre de maladies g n tiques comprennent ceux pour les dystrophies musculaires, le d ficit en 1 antitrypsine, la maladie de Parkinson, la maladie de Batten, l'h mophilie B et plusieurs formes de c cit cong nitale. L'h mophilie (chap. 78) a longtemps t consid r e comme un mod le de maladie prometteur pour le transfert de g nes, car le produit g nique ne n cessite pas de r gulation pr cise de l'expression et des facteurs de coagulation biologiquement actifs peuvent tre synth tis s dans divers types de tissus, permettant une latitude dans le choix du tissu cible. De plus, le fait de faire passer les taux de facteurs circulants de <1 % (taux observ s chez les personnes gravement touch es) 5 % am liore consid rablement le ph notype de la maladie. Des tudes pr cliniques avec des vecteurs AAV recombinants infus s dans le muscle squelettique ou le foie ont entra n une expression long terme (>5 ans) du facteur VIII ou du facteur IX dans le mod le de chien h mophile. L'administration au muscle squelettique d'un vecteur AAV exprimant le facteur IX chez les patients atteints d'h mophilie B tait s re et a entra n une expression long terme telle que mesur e par biopsie musculaire, mais les taux circulants n'ont jamais atteint >1 % pendant des p riodes prolong es, et un grand nombre d'injections IM (>80 100) a t n cessaire pour acc der une grande masse musculaire. L'administration de vecteurs intravasculaires a t utilis e pour acc der de vastes zones du muscle squelettique dans des mod les animaux d'h mophilie et sera probablement test e pour ce trouble et d'autres troubles dans les essais venir. Le premier essai d'un vecteur AAV exprimant le facteur IX administr au foie chez des humains atteints d'h mophilie B a entra n des taux circulants th rapeutiques la dose la plus lev e test e, mais l'expression ces taux (>5 %) n'a dur que 6 10 semaines avant de revenir la valeur initiale (<1 %). Une r ponse des lymphocytes T m moires la capside virale, pr sente chez l'homme mais pas 91e-3 chez d'autres esp ces animales (qui ne sont pas des h tes naturels du virus), a probablement conduit la perte d'expression (Tableau 91e-2). En r ponse ces r sultats, un deuxi me essai comprenait une courte cure de prednisolone, administrer si les taux de |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | facteur IX commen aient diminuer. Cette approche a entra n une expression long terme du facteur IX, de l'ordre de 2 5 %, chez les hommes atteints d'h mophilie B s v re. Les efforts actuels sont ax s sur l'extension de ces essais et l'extension de l'approche l'h mophilie A. Une conclusion logique de l'exp rience pr coce avec l'AAV dans le foie dans l'essai sur l'h mophilie tait que l' vitement des r ponses immunitaires tait la cl de l'expression long terme. Ainsi, les sites immunoprivil gi s tels que la r tine ont commenc susciter un int r t substantiel en tant que cibles th rapeutiques. Cette inf rence a t l gamment confirm e dans le cadre de la maladie d g n rative de la r tine, l'amaurose cong nitale de Leber (ACL). Caract ris e par une c cit pr coce, l'ACV n'est actuellement pas traitable et est caus e par des mutations dans plusieurs g nes diff rents ; ~15 % des cas d'ACV sont dus une mutation d'un g ne, RPE65, codant pour une prot ine de 65 kDa associ e l' pith lium pigmentaire r tinien. Chez les chiens pr sentant une mutation nulle dans RPE65, la vue a t restaur e apr s injection sous-r tinienne d'un vecteur AAV exprimant RPE65. L'expression transg nique semble tre stable, les premiers animaux trait s il y a plus de 10 ans continuant manifester des signes lectror tiniens et comportementaux de la fonction visuelle. Comme c'est le cas pour la DICS li e l'X, le transfert de g nes doit se produire relativement t t dans la vie pour obtenir une correction optimale de la maladie g n tique, bien que les limites exactes impos es par l' ge n'aient pas encore t d finies. Les essais AAV-RPE65 men s aux tats-Unis et au Royaume-Uni ont montr une restauration de la fonction visuelle et r tinienne chez plus de 30 sujets, l'am lioration la plus marqu e tant survenue chez les sujets plus jeunes. Des essais pour d'autres troubles d g n ratifs r tiniens h r ditaires tels que la choro d r mie sont en cours, de m me que des tudes pour certains troubles acquis complexes tels que la d g n rescence maculaire li e l' ge, qui touche plusieurs millions de personnes dans le monde. La n ovascularisation qui se produit dans la d g n rescence maculaire li e l' ge peut tre inhib e par l'expression d'inhibiteurs du facteur de croissance endoth lial vasculaire (VEGF) tels que l'angiostatine ou par l'utilisation de la r duction du VEGF induite par l'interf rence ARN (ARNi). Des essais de phase pr coce sur les ARNsi ciblant l'ARN du VEGF sont en cours, mais ils n cessitent une injection intravitr enne r p t e des ARNsi ; une approche m diation vectorielle par AAV, qui permettrait une inhibition long terme des effets biologiques du VEGF par un r cepteur soluble du VEGF, est actuellement en cours d'essai clinique. La majorit de l'exp rience clinique de transfert de g nes a t chez des sujets atteints de cancer (Fig. 91e-1). En r gle g n rale, une caract ristique qui distingue les th rapies g niques des th rapies conventionnelles contre le cancer est que les premi res sont moins toxiques, dans certains cas parce qu'elles sont administr es localement (par exemple, les injections intratumorales), et dans d'autres cas parce qu'elles ciblent sp cifiquement des l ments de la tumeur (immunoth rapies, approches antiangiog niques). Parce que le cancer est une maladie du vieillissement et que de nombreuses personnes g es sont fragiles, le d veloppement de th rapies aux effets secondaires plus l gers est un objectif important. Les th rapies g niques du cancer peuvent tre divis es en approches locales et syst miques (tableau 91e-3). Certains des premiers essais de th rapie g nique du cancer se sont concentr s sur l'administration locale d'un prom dicament ou d'un g ne suicide qui augmenterait la sensibilit des cellules tumorales aux m dicaments cytotoxiques. Une strat gie fr quemment utilis e a t l'injection intratumorale d'un vecteur ad noviral exprimant le g ne de la thymidine kinase (TK). Les cellules qui absorbent et expriment le g ne TK peuvent tre tu es apr s l'administration de ganciclovir, qui est phosphoryl en un nucl oside toxique par TK. Parce que la division cellulaire est n cessaire pour que le nucl oside toxique affecte la viabilit cellulaire, cette strat gie a t initialement utilis e dans les tumeurs c r brales agressives (glioblastome multiforme) o les cellules tumorales cycliques taient affect es mais pas les neurones normaux non diviseurs. Plus r cemment, cette approche a t explor e pour les tumeurs de la prostate, du sein et du c lon r currentes localement, entre autres. Une autre approche locale utilise l'expression m diation ad novirale du suppresseur de tumeur p53, qui est mut dans une grande vari t de cancers. Cette strat gie a entra n des r ponses compl tes et partielles dans le carcinome pidermo de de la t te et du cou, le cancer de l' sophage et le cancer du poumon non petites cellules apr s injection intratumorale directe du vecteur. Le |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | s taux de r ponse (~15 %) sont comparables ceux des autres agents seuls. L'utilisation de virus oncolytiques qui se r pliquent s lectivement dans les cellules tumorales mais pas dans les cellules normales s'est galement r v l e prometteuse dans le carcinome pidermo de de la t te et du cou et dans d'autres tumeurs solides. Cette approche repose sur le constat que la d l tion de certains g nes viraux abolit leur capacit se r pliquer dans les cellules normales mais pas dans les cellules tumorales. Un avantage de cette strat gie est que le vecteur de r plication peut prolif rer et se propager dans la tumeur, facilitant ainsi l' limination ventuelle de la tumeur. Cependant, les limitations physiques la propagation virale, y compris la fibrose, les cellules normales m lang es, les membranes basales et les zones n crotiques au sein de la tumeur, peuvent limiter l'efficacit clinique. Les virus oncolytiques sont autoris s et disponibles dans certains pays, mais pas aux tats-Unis. Parce que la maladie m tastatique plut t que la croissance incontr l e de la tumeur primaire est la source de mortalit pour la plupart des cancers, il y a eu un int r t consid rable pour le d veloppement d'approches de th rapie g nique syst mique. Une strat gie a consist promouvoir une reconnaissance plus efficace des cellules tumorales par le syst me immunitaire. Les approches ont inclus la transduction de cellules tumorales avec des g nes immunostimulants codant pour des cytokines, des chimiokines ou des mol cules co-stimulantes ; et la manipulation ex vivo de cellules dendritiques pour am liorer la pr sentation des antig nes tumoraux. R cemment, un succ s consid rable a t obtenu en utilisant la transduction lentivirale de lymphocytes autologues avec un ADNc codant pour un r cepteur antig nique chim rique (CAR). La fraction CAR consiste en un domaine de liaison l'antig ne tumoral (par exemple, un anticorps contre l'antig ne CD19 des lymphocytes B) fusionn un domaine de signalisation intracellulaire qui permet l'activation des lymphocytes T. Les lymphocytes transduits peuvent alors reconna tre et d truire les cellules porteuses de l'antig ne. Cette approche des cellules CAR T s'est av r e extraordinairement efficace dans le cadre de la leuc mie lympho de chronique r fractaire et de la leuc mie lymphoblastique aigu pr -cellule B. La perfusion de lymphocytes T modifi s par des g nes con us pour reconna tre l'antig ne CD19 des lymphocytes B a entra n une expansion >1000 fois in vivo, un trafic des lymphocytes T vers la moelle osseuse et une r mission compl te chez un sous-ensemble de patients qui avaient chou plusieurs protocoles de chimioth rapie. Les cellules persistent en tant que cellules m moire CAR+ T, fournissant une fonctionnalit antitumorale continue. Certains patients pr sentent un syndrome de lyse tumorale retard e n cessitant une prise en charge m dicale intensive. Cette approche provoque galement une toxicit sur la cible, conduisant une aplasie des cellules B qui n cessite des perfusions d'IgG vie. Les r sultats actuels indiquent que des r missions durables peuvent tre obtenues et que la strat gie peut th oriquement tre tendue d'autres types de tumeurs si un antig ne tumoral peut tre identifi . Des strat gies de transfert de g nes ont galement t d velopp es pour inhiber l'angiogen se tumorale. Ceux-ci ont inclus l'expression constitutive d'inhibiteurs de l'angiogen se tels que l'angiostatine et l'endostatine ; l'utilisation d'ARNsi pour r duire les niveaux de VEGF ou de r cepteur VEGF ; et des approches combin es dans lesquelles les cellules T autologues sont g n tiquement modifi es pour reconna tre les antig nes sp cifiques du syst me vasculaire tumoral. Ces tudes sont encore en phase de test pr coce. Une autre nouvelle approche syst mique est l'utilisation du transfert de g nes pour prot ger les cellules normales des toxicit s de la chimioth rapie. La plus tudi e de ces approches a t la transduction de cellules h matopo tiques avec des g nes codant pour la r sistance aux agents chimioth rapeutiques, y compris le g ne de multir sistance MDRI ou le g ne codant pour l'O6-m thylguanine ADN m thyltransf rase (MGMT). La transduction ex vivo de cellules h matopo tiques, suivie d'une transplantation autologue, est l' tude en tant que strat gie permettant l'administration de doses de chimioth rapie plus lev es que celles qui seraient autrement tol r es. La troisi me grande cat gorie abord e par les tudes de transfert de g nes est celle des maladies cardiovasculaires. L'exp rience initiale portait sur des essais visant augmenter le flux sanguin vers le muscle squelettique (isch mie critique des membres) ou cardiaque (angor/isch mie myocardique). Le traitement de premi re intention pour ces deux groupes comprend la revascularisation m canique ou la prise en charge m dicale, mais un sous-ensemble de patients ne sont pas candidats ces approches ou chouent. Ces patients |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | ont form les premi res cohortes pour l' valuation du transfert de g nes pour atteindre l'angiogen se th rapeutique. Le principal transg ne utilis a t le VEGF, attrayant en raison de sa sp cificit pour les cellules endoth liales ; d'autres transg nes ont inclus le facteur de croissance des fibroblastes (FGF) et la sous-unit du facteur 1 inductible par l'hypoxie (HIF-1 ). La conception de la plupart des essais a inclus l'injection IM directe (ou myocardique) d'un plasmide ou d'un vecteur ad noviral exprimant le transg ne. Ces deux vecteurs sont susceptibles de n'entra ner qu'une expression court terme du VEGF, ce qui peut tre ad quat car il n'est pas n cessaire de poursuivre l'expression transg nique une fois que les nouveaux vaisseaux se sont form s. L'injection directe favorise l'expression locale, ce qui devrait aider viter les effets syst miques tels que la n ovascularisation r tinienne ou la formation de nouveaux vaisseaux dans une tumeur naissante. Les essais initiaux d'injection d'ad no-VEGF ou de plasmide-VEGF ont entra n une am lioration par rapport aux valeurs initiales du syst me vasculaire d tectable par angiographie, mais aucun changement dans la fr quence des amputations ou la mortalit cardiovasculaire. Des tudes utilisant diff rentes voies d'administration ou diff rents transg nes sont actuellement en cours. Des tudes plus r centes ont utilis des vecteurs AAV pour d velopper une approche th rapeutique pour les personnes atteintes d'insuffisance cardiaque congestive r fractaire. Dans des tudes pr cliniques, un vecteur codant pour la Ca2+ ATPase du r ticulum sarcoplasmique (SERCA2a) a d montr des effets inotropes ventriculaires gauches positifs dans un mod le porcin d'insuffisance cardiaque surcharg e en volume. Les r sultats d'une tude de phase II dans laquelle le vecteur a t perfus par les art res coronaires chez des patients atteints d'insuffisance cardiaque congestive ont d montr l'innocuit et certaines indications d'efficacit ; des tudes plus importantes sont maintenant pr vues. Ce chapitre s'est concentr sur la th rapie d'addition g nique, dans laquelle un g ne normal est transf r un tissu cible pour stimuler l'expression d'un produit g nique ayant des effets th rapeutiques. Une autre technique puissante en cours de d veloppement est l' dition du g nome, dans laquelle une mutation est corrig e in situ, g n rant une copie de type sauvage sous le contr le des signaux r gulateurs endog nes. Cette approche utilise de nouveaux r actifs, notamment les nucl ases doigt de zinc, les TALEN et CRISPR, qui introduisent des cassures double brin dans l'ADN pr s du site de la mutation, puis s'appuient sur une s quence de r paration donn e et des m canismes cellulaires de r paration des cassures double brin pour reconstituer un g ne fonctionnel. Une autre strat gie r cemment introduite dans les essais cliniques consiste utiliser des ARNsi ou des ARN courts en pingle cheveux comme transg nes pour r duire l'expression de g nes d l t res (par exemple, la huntingtine mutante dans la maladie de Huntington ou les g nes du g nome de l'h patite C chez les individus infect s). La puissance et la polyvalence des approches de transfert de g nes sont telles qu'il existe peu d'entit s de maladies graves pour lesquelles les th rapies de transfert de g nes ne sont pas en cours de d veloppement. Le d veloppement de nouvelles classes th rapeutiques prend g n ralement deux trois d cennies ; les anticorps monoclonaux et les prot ines recombinantes en sont des exemples r cents. La th rapeutique g nique, qui est entr e dans les essais cliniques au d but des ann es 1990, a travers le m me parcours temporel. Les exemples de r ussite clinique sont maintenant abondants, et les approches de th rapie g nique sont susceptibles de devenir de plus en plus importantes en tant que l ments de l'historique pour les sujets inscrits aux essais de transfert de g nes 1. Quel vecteur a t administr ? Est-il principalement int grateur (r troviral, lentiviral, herp svirus [latence et r activation]) ou non int grateur (plasmide, ad noviral, viral ad no-associ ) ? 2. Quelle tait la voie d'administration du vecteur ? 3. Quel tait le tissu cible ? 4. Dans quel g ne a t transf r ? Un g ne li la maladie ? un marqueur 5. Y a-t-il eu des v nements ind sirables not s apr s le transfert de g ne ? 1. Une nouvelle tumeur maligne a-t-elle t diagnostiqu e ? 2. Un nouveau trouble neurologique/ophtalmologique, ou une exacerbation d'un trouble pr existant, a-t-il t diagnostiqu ? 3. Un nouveau trouble auto-immun ou rhumatologique a-t-il t diagnostiqu ? 4. Un nouveau trouble h matologique a-t-il t diagnostiqu ? aLes facteurs influen ant le risque long terme comprennent : l'int gration du vecteur dans le g nome, la persistance du vecteur sans int gration et les effets sp cifiques au transg ne. au service du |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | d veloppement l'aube du XXIe si cle Une question centrale pour 91e-5 est la s curit long terme du transfert de g nes, et les organismes de r glementation ont mandat un suivi de 15 ans pour les sujets inscrits des essais de th rapie g nique (tableau 91e-4). La r alisation des avantages th rapeutiques de la m decine mol culaire moderne d pendra des progr s continus de la technologie de transfert de g nes. Ing nierie tissulaire Anthony Atala L'ing nierie tissulaire est un domaine qui applique les principes de la m decine r g n rative pour restaurer la fonction de divers organes en combinant des cellules avec des biomat riaux. Il est multidisciplinaire, combinant souvent les comp tences des m decins, des biologistes cellulaires, des bio-ing nieurs et des scientifiques des mat riaux, pour r capituler l'architecture tridimensionnelle native d'un organe, les types de cellules appropri s et les nutriments de soutien et les facteurs de croissance qui permettent une croissance, une diff renciation et une fonction cellulaires normales. L'ing nierie tissulaire est un domaine relativement nouveau, n la fin des ann es 1970. Les premi res tudes se sont concentr es sur les efforts visant cr er des substituts de peau l'aide de biomat riaux et de cellules pith liales de la peau dans le but de fournir une protection barri re aux patients souffrant de br lures. Les premi res strat gies employaient une biopsie tissulaire, suivie d'une expansion ex vivo des cellules ensemenc es sur des chafaudages. Le composite cellule- chafaudage a ensuite t r implant chez le m me patient, o le nouveau tissu allait m rir. La route fut sem e d obstacles. Les trois principaux d fis dans le domaine de l'ing nierie tissulaire impliquaient : (1) la capacit de cultiver et d' tendre des cellules humaines primaires normales en grande quantit ; (2) l'identification de biomat riaux appropri s ; et (3) la n cessit d'une vascularisation et d'une innervation ad quates des constructions modifi es. Le mod le original de g nie tissulaire s'est largement concentr sur l'isolement des tissus de l'organe d'int r t, la croissance et l'expansion des cellules sp cifiques aux tissus et l'ensemencement de ces cellules sur des chafaudages tridimensionnels. Il y a quelques d cennies peine, la plupart des cultures primaires de cellules humaines ne pouvaient pas tre cultiv es et d velopp es en grandes quantit s, ce qui repr sentait un obstacle majeur l'ing nierie des tissus humains. Cependant, l'identification de cellules prog nitrices tissulaires sp cifiques dans les ann es 1990 a permis l'expansion de plusieurs types de cellules, et des progr s ont t r alis s r guli rement depuis lors. Certains types de cellules sont plus propices l'expansion que d'autres, ce qui refl te en partie leur capacit de r g n ration native, mais aussi des besoins variables en nutriments, en facteurs de croissance et en contacts cellule-cellule. titre d'exemple de progr s, apr s des ann es d'efforts, des protocoles pour la croissance et l'expansion des cardiomyocytes humains sont maintenant disponibles. Cependant, il existe encore de nombreux types de cellules sp cifiques aux tissus qui ne peuvent pas tre d velopp es partir de sources tissulaires, y compris le pancr as, le foie et les nerfs. La d couverte de cellules souches pluripotentes ou hautement multipotentes (chap. 88) peut finalement permettre d'utiliser la plupart des types de cellules humaines pour le g nie tissulaire. Les caract ristiques des cellules souches d pendent de leur origine et de leur degr de plasticit , les cellules des premiers stades de d veloppement, telles que les cellules souches embryonnaires, ayant la plus grande plasticit . Les cellules souches pluripotentes induites ont l'avantage de pouvoir tre d riv es de patients individuels, ce qui permet des greffes autologues. Ils peuvent galement tre diff renci s, in vitro, le long de lign es sp cifiques aux cellules, bien que ces protocoles en soient encore un stade pr coce de d veloppement. Les cellules souches embryonnaires et pluripotentes induites humaines ont un potentiel de r plication tr s lev , mais elles ont galement un potentiel de rejet et de formation de tumeurs (par exemple, des t ratomes). Le liquide amniotique et les cellules souches placentaires d crits plus r cemment ont un potentiel de r plication lev , mais sans propension apparente la formation de tumeurs. De plus, ils ont le potentiel d' tre utilis s de mani re autologue sans rejet. Les cellules souches adultes, telles que celles d riv es de la moelle osseuse, ont galement moins de propension la formation de tumeurs et, si elles sont utilis es de mani re autologue, ne seront pas rejet es, mais leur potentiel de r plication est limit , en particulier pour les cellules endodermiques et ectodermiques. Les cellules souches peuvent tre d riv es de sources autologues ou h t rologues. Les cellules h t rologues peuvent tre utilis es lorsque |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | seule une couverture temporaire est n cessaire, comme le remplacement de la peau apr s une br lure ou une blessure. Cependant, si une construction plus permanente est n cessaire, les cellules autologues sont pr f r es pour viter le rejet. Il existe galement des probl mes pratiques li s aux sources tissulaires. Par exemple, si un patient pr sente une cardiopathie terminale, il est peu probable qu'il soit possible d'obtenir une biopsie du tissu cardiaque pour l'expansion cellulaire, et les cellules m senchymateuses d riv es de la moelle osseuse peuvent constituer une alternative. Les biomat riaux utilis s pour cr er les chafaudages pour l'ing nierie tissulaire n cessitent des propri t s sp cifiques pour am liorer le succ s long terme des constructions implant es. Id alement, les biomat riaux devraient tre biocompatibles ; susciter des r ponses inflammatoires minimales ; avoir des propri t s biom caniques appropri es ; et favoriser la fixation, la viabilit , la prolif ration et la fonction diff renci e des cellules. Id alement, les chafaudages devraient reproduire les propri t s biom caniques et structurelles du tissu remplac . En outre, la biod gradation doit tre contr l e de sorte que l' chafaudage conserve son int grit structurelle jusqu' ce que les cellules d posent leur propre matrice. Si les chafaudages se d gradent trop rapidement, les constructions peuvent s'effondrer. Si les chafaudages se d gradent trop lentement, du tissu fibreux peut se former. En outre, la d gradation des chafaudages ne doit pas alt rer n gativement l'environnement local, car cela peut alt rer la fonction des cellules ou des tissus nouvellement form s. Les premiers chafaudages con us pour la r g n ration tissulaire taient des mat riaux d'origine naturelle, tels que le collag ne. Le premier mat riau artificiellement d riv pour l'ing nierie tissulaire a utilis un chafaudage biod gradable en acide polyglycolique. Les chafaudages d riv s naturellement ont des propri t s tr s similaires la matrice native, mais il existe une variabilit inh rente d'un lot l'autre, alors que la production de biomat riaux d riv s artificiellement peut tre mieux contr l e, permettant des r sultats plus uniformes. Plus r cemment, des chafaudages combin s, constitu s de biomat riaux d'origine naturelle et artificielle, ont t utilis s pour l'ing nierie tissulaire. Un domaine mergent est l'utilisation de nanostructures peptidiques pour faciliter l'ing nierie tissulaire. Certains d'entre eux sont des amphiphiles peptidiques auto-assemblants qui permettent aux chafaudages de se former in vivo, par exemple sur des sites de l sions de la moelle pini re o ils ont t utilis s exp rimentalement pour pr venir la formation de cicatrices et faciliter la r g n ration des nerfs et des vaisseaux sanguins. Les nanostructures peptidiques peuvent tre combin es avec d'autres biomat riaux, et elles peuvent tre li es des facteurs de croissance, des anticorps et diverses mol cules de signalisation qui peuvent moduler le comportement cellulaire pendant la r g n ration des organes. Les constructions tissulaires implant es n cessitent une vascularisation et une innervation ad quates. Judah Folkman, pionnier dans le domaine de l'angiogen se, a observ que les cellules pouvaient survivre dans des volumes allant jusqu' 3 mm3 uniquement par diffusion de nutriments, mais que des volumes cellulaires plus importants n cessitaient une vascularisation pour survivre. Une vascularisation ad quate tait galement essentielle pour qu'une innervation normale se produise. Il s'agissait d'un d fi majeur dans le domaine de l'ing nierie tissulaire, qui d pendait en grande partie de l'angiogen se et de l'innervation natives du patient. M me si des quantit s suffisantes de cellules sont disponibles, il existe une limite th orique sur les types de constructions tissulaires qui pourraient tre cr es. En r ponse ce d fi, les scientifiques des mat riaux ont con u des chafaudages avec une porosit et une architecture beaucoup plus grandes. Les conceptions d' chafaudage comprenaient la cr ation d' ponges minces et poreuses compos es de 95 % d'air, augmentant consid rablement la surface des cellules r sidentes. Ces propri t s ont favoris une vascularisation et une innervation accrues. L'ajout de facteurs de croissance, tels que le facteur de croissance endoth lial vasculaire et le facteur de croissance nerveuse, a t utilis pour am liorer l'angiogen se et l'innervation. Tous les tissus humains sont complexes. Cependant, d'un point de vue architectural, les tissus peuvent tre class s en quatre niveaux. Les structures tissulaires plates, telles que la peau, sont les moins complexes (niveau 1), compos es principalement d'un seul type de cellules pith liales. Les structures tubulaires, telles que les vaisseaux sanguins et la trach e, sont plus complexes sur le plan architectural (niveau 2) et doivent tre construites pour viter que la structure ne |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | s'effondre au fil du temps. Ces tissus ont g n ralement deux principaux types de cellules. Ils sont con us pour agir comme un conduit pour l'air ou le fluide un tat stable dans une plage physiologique d finie. Les organes non tubulaires creux, tels que l'estomac, la vessie ou l'ut rus, sont plus complexes sur le plan architectural (niveau 3). Les cellules sont fonctionnellement plus complexes, et ces types de cellules ont souvent une interd pendance fonctionnelle. De loin, les plus complexes sont les organes solides (niveau 4), car la quantit de cellules par cm2 est exponentiellement sup rieure celle de tous les autres types de tissus. Pour les trois premiers niveaux tissulaires (1 3), lorsque les constructions sont initialement implant es, la stratification cellulaire sur les chafaudages est mince, un peu comme celle observ e dans les matrices de culture tissulaire. La stratification cellulaire continue de m rir, de concert avec l'angiogen se et la n oinnervation natives du receveur. Pour les organes de niveau 4 (solides), les exigences de vascularisation sont importantes et l'angiogen se tissulaire native n'est pas suffisante. Les strat gies d'ing nierie pour les tissus varient en fonction de leur niveau de complexit . Les principes de base de l'ing nierie tissulaire impliquent l'utilisation des populations cellulaires pertinentes, o la biologie cellulaire est bien comprise et les cellules peuvent tre r cup r es et tendues de mani re reproductible, et l'utilisation de biomat riaux et de conceptions d' chafaudages optimis s. L'ensemencement des cellules peut tre effectu l'aide de diverses techniques, y compris des syst mes statiques ou bas s sur le flux qui utilisent des bior acteurs. La plupart des techniques d'ing nierie des tissus rel vent de l'une des cinq strat gies (Fig. 92e-1) : 1. Les chafaudages peuvent tre utilis s seuls, sans cellules, et implant s, o ils d pendent de la migration des cellules natives sur l' chafaudage partir du tissu adjacent pour la r g n ration. La premi re utilisation d' chafaudages d cellularis s pour la r g n ration tissulaire a t pour la reconstruction ur trale. Ces techniques sont optimales lorsque la taille du d faut est relativement petite, g n ralement <0,5 cm de chaque bord du tissu. Les d fauts plus importants ont tendance gu rir par cicatrisation, en raison du d p t de fibroblastes, et ventuellement par fibrose. Les chafaudages seuls ont galement t utilis s pour d'autres applications, y compris pour la couverture des plaies, la couverture des tissus mous apr s une chirurgie articulaire, les applications urogyn cologiques pour la chirurgie l' lingue et comme mat riaux pour la r paration des hernies. 2. Une strat gie plus r cente en g nie tissulaire implique l'utilisation de prot ines, de cytokines, de g nes ou de petites mol cules qui induisent in situ Niveau 4 C ur, rein, foie, poumon Strat gies pour l'ing nierie des tissus et des organes. r g n ration tissulaire, seule ou l'aide d' chafaudages. Par exemple, les facteurs de transcription g nique utilis s dans le pancr as de la souris ont conduit la r g n ration tissulaire. Des chafaudages de valvules cardiaques d cellularis es implant es chirurgicalement, recouvertes de prot ines qui attirent les cellules souches vasculaires, ont conduit la cr ation de valvules cardiaques fonctionnelles ensemenc es de cellules in situ chez le mouton. Les m dicaments qui induisent la r g n ration musculaire sont test s cliniquement. De petites mol cules qui induisent la r g n ration des tissus sont actuellement l' tude pour de multiples applications, y compris la croissance de la peau et des cheveux et pour des applications musculo-squelettiques. 3. La strat gie la plus courante pour l'ing nierie des tissus utilise des chafaudages ensemenc s avec des cellules. Le type d'ing nierie tissulaire le plus direct et le plus tabli utilise des chafaudages plats, artificiels ou d'origine naturelle, ensemenc s de cellules et utilis s pour le remplacement ou la r paration de structures tissulaires plates. Les chafaudages plats peuvent galement tre dimensionn s et moul s au moment de l'implantation chirurgicale, ou ils peuvent tre fa onn s avant l'ensemencement cellulaire, par exemple, pour des organes tubulaires tels que des vaisseaux sanguins ou des tissus creux non tubulaires tels que des vessies. Les bior acteurs sont souvent utilis s pour exposer la construction de l' chafaudage cellulaire des forces m caniques, telles que le stress, la contrainte et l' coulement pulsatile qui aident au d veloppement normal des cellules dans les tissus (Vid o 92e-1, valve cardiaque modifi e dans un bior acteur pulsatile montrant l'ouverture et la fermeture des valves). Cette strat gie est la m thode la plus couramment utilis e pour la r g n ration tissulaire ce jour, et des tissus et des organes, tels que la peau, les vaisseaux sanguins, l'ur tre, la trach e, le vagi |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | n et la vessie, ont t con us et implant s chez des patients l'aide de ces techniques. 4. La quatri me strat gie en ing nierie tissulaire est applicable aux organes solides, o les organes jet s sont expos s des d tergents doux et sont d cellularis s, laissant derri re eux un chafaudage tridimensionnel qui pr serve son arbre vasculaire. L' chafaudage peut ensuite tre r ensemenc avec les propres cellules vasculaires et tissulaires sp cifiques du patient. Cette strat gie a t utilis e initialement pour cr er des structures phalliques solides chez les lapins qui taient fonctionnelles et capables de produire une prog niture. Des strat gies similaires ont galement t utilis es pour recellulariser les structures miniatures du c ur, du foie et des reins, avec une fonctionnalit limit e ce jour, mais avec une preuve de concept tablie (Vid o 92e-2, un colorant est inject travers l'art re porte d'un foie d cellularis montrant un arbre vasculaire intact). Ces techniques sont actuellement l' tude et n'ont pas t utilis es cliniquement ce jour. 5. La cinqui me strat gie pour l'ing nierie tissulaire implique l'utilisation de la bio-impression. Ces technologies sont apparues gr ce l'utilisation d'imprimantes jet d'encre de bureau modifi es il y a plus d'une d cennie. Les cartouches jet d'encre ont t remplies d'une combinaison cellule-hydrogel au lieu d'encre. Un l vateur tridimensionnel rudimentaire a t abaiss chaque fois que la cartouche d posait les cellules et l'hydrogel, construisant ainsi des structures solides miniatures, telles que des organo des cardiaques deux chambres, une couche la fois. Des bio-imprimantes plus sophistiqu es ont maintenant t construites avec des technologies suppl mentaires de conception assist e par ordinateur (CAO) et d'impression tridimensionnelle. Les informations pour imprimer l'organe peuvent tre personnalis es en utilisant les propres tudes d'imagerie du patient qui aident d finir la taille et la forme du tissu particulier (Vid o 92e-3, une imprimante jet d'encre modifi e montre la construction tridimensionnelle d'un c ur deux chambres et comment la structure bat avec le cardiomyocytes en synchronie). La bio-impression est un outil qui permet une option de mise l' chelle pour la production de tissus modifi s. Son utilisation est encore exp rimentale et n'a pas t appliqu e cliniquement ce jour. Un certain nombre de tissus artificiels, y compris des organes plats, tubulaires et non tubulaires creux, ont t implant s chez des patients datant des ann es 1990. Il s'agit notamment de la vessie 92e-3, des vaisseaux sanguins, de l'ur tre, des organes vaginaux, des trach es et de la peau pour le remplacement permanent (tableau 92e-1). Diff rents types de substituts de peau, qui ont t utilis s comme pansements vivants temporaires pour couvrir les zones de br lure jusqu' ce que des greffes de peau puissent tre obtenues aupr s du m me patient, ont t implant s partir des ann es 1990. Cependant, l'utilisation de la peau d'ing nierie en remplacement permanent n'a eu lieu que r cemment. De nombreux tissus modifi s sont toujours utilis s chez les patients en vertu des directives r glementaires pour les essais cliniques. ce jour, les organes solides n'ont pas encore t con us pour un usage clinique. L'ing nierie tissulaire est un domaine en volution rapide o de nouvelles technologies sont continuellement appliqu es pour r ussir. Le domaine a encore de nombreux d fis relever, notamment les longs d lais r glementaires requis pour l'approbation d'une utilisation g n ralis e, la n cessit d'am liorer les technologies de production grande chelle et le co t des technologies, qui comprennent de multiples processus impliquant des produits biologiques. N anmoins, la liste des tissus et organes implant s chez les patients ne cesse de s'allonger et la capacit de ces technologies am liorer la sant a t d montr e. Davantage de patients devraient pouvoir b n ficier de ces technologies dans les ann es venir. montrant les vannes s'ouvrant et se fermant. VID O 92e-2 Un colorant est inject travers l'art re porte d'un foie d cellularis montrant un arbre vasculaire intact. VID O 92e-3 Une imprimante jet d'encre modifi e montre la construction tridimensionnelle d'un c ur deux chambres et comment la structure bat avec les cardiomyocytes en synchronisation. passer de 7 14 % de la population totale, et la d mographie mondiale du vieillissement des tats-Unis aura bient t compl t cette m me augmentation dans 69 ans. Mais dans les pays qui ont commenc la transition plus tard, le processus se d roule beaucoup Richard M. Suzman, John G. Haaga plus rapidement : le Japon a mis 26 ans pour passer de 7 14% d' ge 65 ans et plus, Le vieillissement de la population transforme le monde de mani re spectaculaire et fondamentale. La r partition par ge des populations a chang et continuera de changer r |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | adicalement, en raison de la baisse long terme des taux de f condit et de l'am lioration des taux de mortalit (tableau 93e-1). Cette transformation, connue sous le nom de transition d mographique, s'accompagne galement d'une transition pid miologique, dans laquelle les maladies chroniques non transmissibles deviennent les principales causes de d c s et contribuent la charge de morbidit et d'invalidit . Un facteur concomitant du vieillissement de la population est le changement des ratios cl s exprimant la d pendance d'une forme ou d'une autre - le ratio des adultes sur le march du travail par rapport ceux qui sont g n ralement hors du march du travail, tels que les nourrissons, les enfants, les jeunes vieux retrait s (ceux qui sont encore actifs mais d'une mani re autre que le travail r mun r ) et les personnes g es les plus g es. Le vieillissement mondial affectera la croissance conomique, la migration, les mod les de travail et de retraite, les structures familiales, les syst mes de retraite et de sant , et m me le commerce et le statut relatif des nations. Les chiffres absolus (la taille d'un groupe d' ge) et les ratios (le rapport entre les personnes en ge de travailler et les personnes charge telles que les jeunes ou les retrait s, ou le rapport entre les enfants et les personnes g es) sont importants. La taille des groupes d' ge pourrait affecter le nombre de lits d'h pital n cessaires, tandis que le ratio enfants/personnes g es pourrait affecter la demande relative de p diatres et de g riatres. Bien que l'augmentation de l'esp rance de vie, r sultant d'une s rie de victoires sociales, conomiques, de sant publique et m dicales sur la maladie, puisse tr s bien tre consid r e comme le couronnement du si cle et demi dernier, l'augmentation de la dur e de vie associ e aux changements dans les ratios de d pendance pr sente d' normes d fis long terme. Le rythme des changements s'acc l re. Dans les pays o la transition d mographique a commenc plus t t, le processus a t plus lent : il a fallu 115 ans la France pour que la proportion de la tranche d' ge de 65 ans et plus atteigne tandis que la Chine et le Br sil ne devraient avoir besoin que de 24 ans. Vers 2020, pour la toute premi re fois, le nombre de personnes g es de 65 ans et plus dans le monde devrait d passer celui des enfants de moins de 5 ans. Vers le milieu du XXe si cle, le groupe des moins de 5 ans repr sentait pr s de 15 % de la population totale et le groupe des plus de 65 ans 5 %. Il a fallu environ 70 ans pour que ces deux-l atteignent des proportions gales. Mais les d mographes pr disent qu'il ne faudra que 25 30 ans de plus pour que le groupe des 65 ans et plus atteigne environ 15 % et soit environ le double du nombre d'enfants de moins de 5. Au milieu de leur carri re, les tudiants en m decine de la plupart des pays devraient s'attendre pratiquer dans des populations beaucoup plus g es. Les pr paratifs pour ces changements doivent commencer des d cennies l'avance, et les co ts et les p nalit s de retard peuvent tre tr s lev s. Bien que certains gouvernements aient commenc planifier long terme, beaucoup, sinon la plupart, n'ont pas encore commenc . Le vieillissement de la population dans le monde au cours des derni res d cennies a suivi un sch ma globalement similaire, commencer par une baisse de la mortalit infantile et juv nile qui pr c de une baisse de la f condit ; aux stades ult rieurs, la mortalit chez les personnes g es diminue galement. La baisse de la f condit a commenc d s le d but du XIXe si cle aux tats-Unis et en France et s'est tendue au reste de l'Europe et l'Am rique du Nord et certaines parties de l'Asie de l'Est au milieu du XXe si cle. Depuis la Seconde Guerre mondiale, les baisses de f condit ont commenc dans toutes les autres r gions du monde. En fait, plus de la moiti de la population mondiale vit maintenant dans des pays ou des provinces o les taux de f condit sont inf rieurs au niveau de remplacement d'un peu plus de deux naissances vivantes par femme. Les taux de mortalit ont galement commenc changer, relativement lentement au d but, en Europe occidentale et en Am rique du Nord au cours du XIXe si cle. Au d but, les changements taient plus vidents aux plus jeunes ges. Chapitre 93e D mographie mondiale du vieillissement taBLe 93e-1 SeLeCteD InDICatorS of popuLatIon agIng, eStImateS for 2009, anD projeCtIonS to 2050 ; SeLeCteD regIonS anD CountrIeS aUN Population Division defined Old Age Support Ratio as the number of people age 15 to 64 years for every person age 65 or older. bThe UN includes all European regions in its overall statistics ; life expectancy at birth for males ranges from 63.8 years in Eastern Europe to 77.4 years in Western Europe. Pour les femmes, il varie de 74,8 83,1 ans en Europe occidentale. Source : Division de la population des Nations Unies, Vieillissement de la population mondiale 2012 |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | . Les am liorations de l'approvisionnement en eau et de la gestion des eaux us es, ainsi que de la nutrition et du logement, ont repr sent la majeure partie de l'am lioration avant les ann es 1940, lorsque les antibiotiques et les vaccins et l' ducation croissante des m res ont commenc avoir un impact majeur. Depuis le milieu du XXe si cle, la r volution de la survie de l'enfant s'est r pandue dans toutes les r gions du monde. Les enfants presque partout dans le monde sont beaucoup plus susceptibles d'atteindre la fin de l' ge moyen maintenant que dans les g n rations pr c dentes. Surtout depuis environ 1960, la mortalit chez les personnes g es s'est r guli rement am lior e. Cette am lioration est principalement due aux progr s r alis s dans la prise en charge des maladies cardiaques et des accidents vasculaires c r braux et dans le contr le d'affections telles que l'hypertension et l'hypercholest rol mie qui entra nent des maladies circulatoires. Dans certaines r gions du monde, les taux de tabagisme ont diminu , et ces baisses ont entra n une diminution de l'incidence de nombreux cancers, maladies cardiaques et accidents vasculaires c r braux. La baisse initiale de la f condit a fait que les groupes d' ge plus g s sont devenus une fraction plus importante de la population totale. La baisse de la mortalit des adultes et des personnes g es a contribu au vieillissement de la population aux derni res tapes du processus. L'esp rance de vie la naissance - l' ge moyen auquel une personne est cens e vivre, dans les conditions de mortalit dominantes - a t calcul e environ 28 ans dans la Gr ce antique, peut- tre 30 ans dans la Grande-Bretagne m di vale et moins de 25 ans dans la colonie de Virginie en Am rique du Nord. Aux tats-Unis, l'esp rance de vie a augment lentement au cours du XIXe si cle, atteignant 49 ans pour les femmes blanches en 1900. Les hommes blancs avaient une esp rance de vie inf rieure de 2 ans celle des femmes blanches, et les Am ricains noirs avaient une esp rance de vie inf rieure de 14 ans celle des Am ricains blancs en 1900. Au d but du XXIe si cle, l'esp rance de vie aux tats-Unis s' tait consid rablement am lior e pour tous, l' cart entre les sexes tant plus large et les carts raciaux plus troits qu'au d but du si cle : 76 ans pour les hommes blancs en 2006 ; 81 ans pour les femmes blanches ; et 70 et 76 ans pour les hommes et les femmes noirs, respectivement. Cependant, bien que les tats-Unis aient eu une esp rance de vie relativement lev e par rapport d'autres pays revenu lev vers 1980, presque tous ces pays ont entre-temps d pass les tats-Unis en termes d'esp rance de vie. L'esp rance de vie des femmes, en particulier des blanches aux tats-Unis, a t particuli rement m diocre, ce qui a t attribu des taux relativement lev s de tabagisme au cours de la vie. Aux stades ult rieurs de la transition d mographique, la mortalit diminue aux ges les plus lev s, entra nant une augmentation de la population g e de 65 ans et plus, et des personnes g es les plus g es, g es de plus de 85 ans. La migration peut galement affecter le vieillissement de la population. Un afflux de jeunes migrants avec des taux de natalit lev s peut ralentir (mais pas arr ter) le processus, comme c'est le cas aux tats-Unis et au Canada ; ou l' migration des jeunes laissant des personnes g es derri re peut acc l rer le vieillissement au niveau de la population, comme c'est le cas dans de nombreuses zones rurales du monde. Les r gions du monde sont des stades tr s diff rents de la transition d mographique (Fig. 93e-1). Sur une population mondiale de 6,8 milliards d'habitants en 2012, environ 11 % avaient plus de 60 ans, le Japon (32 %) et l'Europe (22 %) tant les r gions les plus anciennes (Allemagne et Italie 27 % chacune) et les tats-Unis 19 %. Le pourcentage de la population g e de plus de 60 ans aux tats-Unis est rest inf rieur celui de l'Europe, en raison la fois de taux de f condit l g rement plus lev s et de taux d'immigration plus lev s. L'Asie compte environ 10 % de personnes g es de plus de 60 ans, les g ants de la population tant proches de la moyenne - la Chine (12 %), l'Indon sie (9 %) et l'Inde (7 %). Les pays du Moyen-Orient et d'Afrique ont les proportions les plus faibles de personnes g es (5 % ou moins). 30-35 Sur la base des estimations des Nations Unies 25-30 Division de la population, 809 millions de personnes taient g es de 20 25 ans, de 15 20 ans, de 60 ans ou plus en 2012, dont 279 millions de 5 10 millions dans les pays moins d velopp s (class s < 5 par les Nations Unies). Les pays avec la plus grande population de personnes g es de 60 ans et plus Les projections d mographiques utilisent les taux de f condit , de mortalit et de migration attendus et doivent tre consid r es comme incertaines lorsqu'elles sont appliqu es 40 ans ou plus dans le futur. Cependant, la population qui au |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | ra 60 ans et plus en 2050 est n e et a surv cu l'enfance en 2014, de sorte que l'incertitude quant leur nombre (par rapport leur proportion dans la population totale) n'est pas grande. En comparant les cartes du monde en 2010 (Fig. 93e-1) et 2050 (Fig. 93e-2), il est vident que les pays revenu interm diaire et faible d'Am rique latine, d'Asie et d'une grande partie de l'Afrique rejoindront bient t la cat gorie des plus anciens . En moins de quatre d cennies entre 2012 et 2050, la Division de la population des Nations Unies pr voit que la population mondiale g e de 60 ans et plus aura plus que doubl pour atteindre 2,03 milliards, les r gions les moins d velopp es ayant plus que quadrupl . La population chinoise de plus de 60 ans devrait atteindre 439 millions, celle de l'Inde 323 millions et celle des tats-Unis 107 millions. Au cours de la m me p riode, l' ge m dian de la population mondiale devrait augmenter de 10 ans. L'esp rance de vie mondiale actuelle la naissance est estim e 65,4 ans pour les hommes et 69,8 ans pour les femmes, les chiffres comparables pour la r gion plus d velopp e tant de 73,6 et 80,5 ans. L'esp rance de vie dans les pays les moins avanc s n' tait en moyenne que de 57,2 ans pour les femmes et de 54,7 ans pour les hommes. L'esp rance de vie la naissance est fortement influenc e par la mortalit infantile et juv nile, qui est consid rablement plus lev e dans les pays pauvres. un ge plus avanc , l' cart entre les pays riches et les pays pauvres est plus troit ; alors que les femmes qui ont atteint l' ge de 60 ans dans les pays riches peuvent s'attendre 23,7 ann es de vie en plus en moyenne, les femmes de 60 ans dans les pays pauvres vivent 16,8 ans en moyenne - une diff rence significative mais pas aussi marqu e que la diff rence d'esp rance de vie la naissance. Aux niveaux les plus bas du produit national brut (PNB) par habitant, l'esp rance de vie montre une forte association positive avec cette mesure du d veloppement conomique, mais la pente de la relation s'aplatit ; pour les pays dont le revenu moyen est sup rieur environ 20 000 dollars par an, l'esp rance de vie n'est pas troitement li e au revenu. chaque niveau de d veloppement conomique, l'esp rance de vie varie consid rablement, ce qui indique que de nombreux autres facteurs influencent l'esp rance de vie. Le Japon, la France, l'Italie et l'Australie ont actuellement l'une des esp rances de vie les plus lev es au monde, tandis que les tats-Unis sont la tra ne par rapport aux autres pays revenu lev depuis environ 1980, en particulier dans le cas des femmes blanches. Les causes de ce d calage sont l' tude, mais le nombre cumul d'ann es pendant lesquelles les gens ont fum du tabac au moment o ils atteignent un ge plus avanc et la pr valence de l'ob sit semblent jouer un r le important. Une caract ristique moderne du vieillissement de la population a t la croissance presque explosive du groupe d' ge connu sous le nom de plus vieux, diversement d fini comme ceux de plus de 80 ans ou de 85 ans. C'est le groupe d' ge o le fardeau des maladies d g n ratives non transmissibles et des handicaps connexes est le plus lev . Il y a trente ans, ce groupe attirait peu l'attention parce qu'il tait cach dans l'ensemble de la population g e dans la plupart des rapports statistiques ; par exemple, le Bureau du recensement des tats-Unis les a fusionn s dans une cat gorie de plus de 65 ans. La r duction de la mortalit chez les personnes g es associ e une naissance plus importante a t observ e en Chine (181 millions), en Inde (100 millions), FIGURE 93e-1 Pourcentages de la population nationale g e de 60ans et plus, en 2010. (En provenance des tats-Unis et des tats-Unis (60 millions). Bureau du recensement, Base de donn es internationale. StatPlanet Mapping Software.) sont particuli rement susceptibles de comprendre et de tirer parti des mesures visant r duire l'infection. Les effets des progr s continus seront probablement galement visibles dans les d cennies venir, car le niveau d' ducation est associ une am lioration de la sant et de la survie des personnes g es. Les pays varient dans 30- 35 25-30 dans quelle mesure les cohortes futures personnes g es 20-25 seront plus instruites. La Chine en particulier 15-20 ans en 2050 (avec plus des deux tiers de l' cole) qu'elle ne l'a fait en 2000 (alors que seulement 10% des personnes g es avaient un dipl me d' tudes secondaires). Dans FIGURE 93e-2 Pourcentages de la population nationale g e de 60 ans et plus, en 2050 (projections). aux tats-Unis et dans d'autres pays riches, ceci (From the U.S. Census Bureau, International Database. Mapping Chapitre 93e La d mographie mondiale des cohortes vieillissantes survivant la vieillesse a conduit la croissance rapide des personnes g es les plus g es. On pr voit que ce groupe d' ge augmentera un taux significativement plus lev que la population de |
Les Principes de Médecine Interne de Harrison | plus de 60ans, et selon une estimation, le nombre actuel de 102 millions de personnes g es de 80ans et plus passera pr s de 400 millions d'ici 2050 (tableau 93e-2). Les augmentations pr vues sont tonnantes : la population chinoise de plus de 80ans pourrait passer de 20 96 millions, l'Inde de 8 43 millions, les tats-Unis de 12 32 millions et le Japon de 9 16 millions. Le nombre de centenaires augmente encore plus rapidement. Les membres de la population qui pourraient potentiellement atteindre 80 ans et plus en 2050 sont d j en vie aujourd'hui. Le nombre r el de personnes qui auront 80 ans et plus en 2050 d pendra donc presque uniquement des taux de mortalit des adultes et des personnes g es au cours des 35 prochaines ann es. L'histoire de la baisse de la mortalit sugg re que l'am lioration du niveau de vie, y compris une ducation accrue et am lior e et une meilleure nutrition, associ e des am liorations de la sant publique d coulant d'une compr hension de la th orie germinale de la maladie a initialement conduit la baisse de la mortalit , les r alisations m dicales telles que les antibiotiques et une meilleure compr hension des facteurs de risque de maladies cardiovasculaires et circulatoires ne devenant des facteurs que dans la p riode d'apr s-guerre ; les plus grandes avanc es en mati re de maladies cardiovasculaires n'ont eu lieu que dans les derni res d cennies. Les am liorations du niveau d' ducation des g n rations suivantes ont t attribu es en grande partie aux am liorations que les changements dans le niveau d' ducation de la population g e seront moins spectaculaires. En laissant de c t la possibilit que de nouvelles maladies infectieuses ravagent les populations comme le sida l'a fait dans certains pays africains, les d bats sur l'esp rance de vie future tournent autour de l' quilibre et de l'influence de facteurs de risque tels que l'ob sit ; la possibilit de r duire les d c s dus aux tueurs actuels tels que le cancer, les maladies cardiaques et le diab te ; s'il existe une limite naturelle l'esp rance de vie ; et la possibilit lointaine mais non nulle que la science trouve un moyen de ralentir les processus de base du vieillissement. Alors que certains ont pos des limites naturelles l'esp rance de vie humaine, les limites ont t d pass es avec une certaine r gularit , et aux ges les plus anciens dans les pays les plus avanc s avec l'esp rance de vie la plus lev e, il semble y avoir peu de preuves d'une asymptote approchante. En effet, une d couverte surprenante a t que l'esp rance de vie dans le pays leader au cours du si cle et demi dernier, avec diff rents pays prenant la t te diff rentes poques, pouvait tre repr sent e presque parfaitement par une ligne droite, l'augmentation pour les femmes montrant une augmentation constante et tonnante de trois mois par an ou 2,5 ans par d cennie (Fig. 93e-3). Aucun pays n'a maintenu ce rythme d'am lioration tout le temps, mais cette tendance remet en question l'id e que l'am lioration doit ralentir, du moins dans un proche avenir. Il reste une grande diversit dans les conditions de sant la fois parmi et au sein des populations nationales. Il n'y a rien d'in vitable dans la mortalit infantile au cours du si cle dernier, car les m res instruites eStImateS (2012) et D projeCtIonS (2050) pour l' ge popuLatIonD 80 ans et D oLDer : SeLeCteD regIonS sur la transition de la mortalit - dans plusieurs pays africains, la pr valence du sida a t suffisamment lev e pour faire chuter l'esp rance de vie en dessous des niveaux de 1980. Bien qu'aucune n'ait jusqu' pr sent atteint une ampleur comparable celle de l' pid mie de sida, des pid mies p riodiques de nouveaux virus grippaux ou d'agents infectieux mergents nous rappellent que les maladies infectieuses pourraient nouveau se manifester. Les progr s contre les maladies chroniques sont galement r versibles : en Russie et dans certains autres pays qui faisaient partie de l'Union sovi tique avant 1992, l'esp rance de vie des hommes a diminu , atteignant maintenant des niveaux inf rieurs ceux des hommes en Asie du Sud. Une grande partie de l' cart entre les hommes russes et les hommes d'Europe occidentale s'explique par des maladies cardiaques et des blessures beaucoup plus importantes chez les premiers. Les ratios de diff rents groupes d' ge fournissent des indicateurs utiles mais bruts des demandes potentielles de ressources et de disponibilit des ressources. Un ensemble de ratios, connus sous le nom de ratios de d pendance ou de soutien, compare les groupes d' ge les plus susceptibles de faire partie de la population active aux groupes d' ge qui d pendent g n ralement de la capacit de production de ceux qui travaillent - les jeunes et les personnes g es, ou simplement les personnes g es. Un ratio couramment utilis est le nombre de personnes g es de 15 64 ans par personne g e de 65 ans et plus. M me si beaucoup dans certain |
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