Author

Aleksandra Norek, PhD
• Assistant • Department of Medical Genetics • Institute of Mother and Child • Warsaw, Poland

Translator
Marie Claire Britton

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October 20, 2008

Marqueurs génétiques d’une densité minérale osseuse diminuée chez les patients souffrant de mucoviscidose


L’espérance de vie moyenne des personnes atteintes de mucoviscidose a considérablement augmenté au cours des dernières décennies. De ce fait, de nouvelles complications non respiratoires telles que des maladies hépatiques, le diabète et la stérilité masculine se manifestent et deviennent cliniquement importantes pour ces patients. L’un de ces problèmes est la faible densité minérale osseuse (BMD = bone mineral density), qui a été rapportée pour la première fois chez les patients atteints de mucoviscidose en 1979. À présent, la dégradation de la qualité et de la masse osseuse représente un problème majeur chez les adolescents et les adultes atteints de cette maladie.


Densité minérale osseuse diminuée chez les patients atteints de mucoviscidose

Selon des études, 69 % des patients atteints de mucoviscidose souffrent d’une perte osseuse accrue et d’une formation osseuse diminuée (ostéopénie) et dans 57 % des cas, on observe une perte osseuse grave. La pathogénie de la faible BMD chez ces patients n’est pas encore bien connue. Selon des études détaillées portant sur la manière dont les os grandissent et se reforment, ainsi que sur les cellules et les éléments nutritifs qui sont impliqués dans le renouvellement des cellules osseuses, tant une formation osseuse réduite qu’une résorption osseuse accélérée jouent un rôle important dans la maladie osseuse liée à la mucoviscidose. Des études sur la BMD chez les patients atteints de mucoviscidose montrent une augmentation des maladies osseuses avec l’âge et avec la gravité des maladies pulmonaires. L’insuffisance pancréatique observée chez près de 80 % des patients atteints de mucoviscidose peut entraîner de faibles taux de calcium, de lipides essentiels et de vitamine D et donc un appauvrissement des facteurs indispensables pour la croissance et le remodelage des os. Les troubles de la formation osseuse des personnes atteintes de mucoviscidose peuvent également être dus à des infections pulmonaires chroniques, au diabète, à une activité physique réduite, à un retard pubertaire ou à des traitements aux stéroïdes ou aux antibiotiques.

On a remarqué que certains jeunes enfants atteints de mucoviscidose ont une densité minérale osseuse plus faible que leurs semblables sains dans les premières années de leur vie. Il est également prouvé que les patients atteints de mucoviscidose porteurs de la mutation F508del sur le gène CFTR présentent aussi une densité minérale osseuse inférieure à celle des autres patients porteurs de mutations différentes. Le mécanisme d’action de cet effet n’est pas compris, mais ces faits suggèrent que des facteurs génétiques influencent la densité minérale osseuse des patients atteints de mucoviscidose. Deux questions restent sans réponse : le gène CFTR est-il exprimé à la surface des ostéoblastes (cellules responsables de la synthèse de tissu osseux) ou des ostéoclastes (cellules responsables de la résorption du tissu osseux), et quel est le rôle joué par la mutation F508del sur l’activité de ces cellules.


Terrain génétique de la densité minérale osseuse diminuée

La densité minérale osseuse diminuée comporte une forte composante génétique. Des études sur des jumeaux et des familles démontrent que le phénotype de la BMD diminuée est déterminé tant par des facteurs génétiques que par des facteurs environnementaux, ainsi que par les interactions entre ces facteurs. On pense que les troubles de la BMD peuvent être dus à des mutations ou des polymorphismes de nombreux gènes différents. Il est peu probable qu’un seul gène soit responsable du phénotype malade. De surcroît, chaque mutation et chaque polymorphisme des gènes influençant la BMD peuvent représenter un marqueur du risque pour les troubles du métabolisme osseux. De tels changements dans les gènes peuvent entraîner des changements dans les séquences des protéines codées par le gène ou une dérégulation de l’expression génétique. Tout changement intronique ou dans les régions voisines du génome peut être utilisé en tant que marqueur génétique dans la mesure où il se trouve en déséquilibre de liaison avec des marqueurs identifiés de la BMD.

Lors de la recherche de gènes dont les allèles sont susceptibles d’être responsables d’une BMD diminuée, il convient d’identifier les gènes régulateurs du métabolisme osseux, les gènes codant pour les éléments de la matrice osseuse et les gènes codant pour les hormones calciotropes et pour leurs récepteurs (Tableau 1). Les mutations et les polymorphismes les plus étudiés sont ceux des gènes du collagène alpha 1 de type 1 (COL1A1) et du récepteur de la vitamine D (VDR).

Le gène COLIA1 code pour le collagène alpha 1 de type I, la principale protéine constitutive de la matrice osseuse. Les altérations de la production et de la structure du gène COLIA1 sont responsables d'une matrice osseuse anormale, de l'ostéopénie et de fractures. Le polymorphisme Ball [1] (intron1) modifie la liaison d’une protéine (Sp1) qui régule l’expression de ce gène très important. Cette protéine Sp1 ne se lie plus correctement à son site de reconnaissance sur ce fragment d'ADN et, de ce fait, la copie du gène COLIA1, la production de la protéine collagène et donc la résistance et les propriétés de l’os sont perturbées. D’autres modifications de l’ADN de ce gène jouent également un rôle important dans la régulation de la BMD et peuvent entraîner des fractures ostéoporotiques.

Le gène VDR code pour le récepteur de la vitamine D qui est le principal régulateur du métabolisme du calcium et de l’os. La vitamine D, via le VDR, contrôle l’absorption intestinale du calcium et les activités de la croissance (ostéoblastique) et de remodelage (ostéoclastique) de l'os, la production de PTH et l'hydroxylation rénale d'une forme de la vitamine D. Certaines des modifications identifiées dans ce gène entraînent probablement des changements fonctionnels dans la protéine VDR, et influencent le taux de l’ostéocalcine (hormone osseuse) dans le sang, et donc la BMD. Le gène VDR est un facteur essentiel de la modulation du calcium et de la minéralisation osseuse.
Tableau 1. Aperçu des gènes associés à une densité minérale osseuse diminuée
Symbole du gène
Produit du gène
Hormones et récepteurs calciotropes
VDR
Récepteur de la vitamine D
ESRA
Récepteur des œstrogènes alpha
ESRB
Récepteur des œstrogènes bêta
CALCR
Récepteur de la calcitonine
CALC
Calcitonine
PTH
Parathormone
GCCR
Récepteur des glucocorticoïdes
AR
Récepteur des androgènes
CASR
Récepteur détecteur du calcium
Éléments de la matrice osseuse
COLIA1
Collagène alpha 1 de type I
COLIA2
Collagène alpha 2 de type I
OC
Ostéocalcine
ON
Ostéonectine
OPN
Ostéopontine
AHSG
Alpha 2-HS-glycoprotéine
MGLAP
Matrix Gla protéine
Régulateurs du métabolisme osseux
TGFB1
Facteur de croissance transformant bĂŞta 1
IGF1
Facteur de croissance insulinomimétique de type I
IL1B
Interleukine 1 bĂŞta
IL1RN
Antagoniste du récepteur de l’interleukine 1
IL6
Interleukine 6
TNFR2
Récepteur R2 du facteur de nécrose tumorale
Divers
APOE
Apolipoprotéine E
CLGN
Collagénase
CYP19
Cytochrome P450
DBP
Protéine de liaison de la vitamine D
ADRB2
Adréno-récepteur bêta 2
Rôle des marqueurs génétiques dans la prédiction d’une densité minérale osseuse diminuée chez les patients atteints de mucoviscidose

Plusieurs gènes différents déterminent la densité minérale osseuse. L’identification des mutations génétiques qui sont responsables de la densité minérale osseuse diminuée chez les patients atteints de mucoviscidose permettra d’identifier les personnes qui risquent de souffrir de maladies osseuses. Le diagnostic moléculaire et le traitement précoces des troubles du renouvellement des cellules osseuses peuvent aider à guérir les maladies osseuses chez ces patients.

Mis à part les gènes responsables des problèmes de BMD dans l’ostéoporose et d’autres troubles, il existe un effet direct de la mutation de la mucoviscidose sur la gravité de la maladie. Des études spécifiques aux patients atteints de mucoviscidose sont donc nécessaires pour comprendre la relation qui existe entre cette maladie et une densité minérale osseuse diminuée. Le typage des gènes candidats et l’analyse de leurs variantes polymorphiques devraient apporter des éclaircissements sur la BMD diminuée dans la mucoviscidose et aider à déterminer des stratégies thérapeutiques.



Remerciements

Je tiens à remercier le Professeur Jerzy Bal, le D. Agnieszka Sobczynska-Tomaszewska, les Dr Dorota Sands, Dr Dariusz Chmielewski et le D. Katarzyna Szamotulska pour leur aide permanente et leur fructueuse collaboration au cours des 3 dernières années.


[1] Le nom de chaque polymorphisme dérive du nom des enzymes de restriction qui différencient la séquence des nucléotides qui permet l'identification des allèles.

 
 

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