CYSTINOSE : DU GENE A LA PRATIQUE
Corinne Antignac,
Service de Génétique et INSERM U423, Hôpital Necker-Enfants
Malades, Paris France
La cystinose est une maladie héréditaire de transmission autosomique
récessive caractérisée par une accumulation de cystine dans les lysosomes de
toutes les cellules, liée à un défaut de transport de la cystine à travers la
membrane du lysosome (Gahl et al, 2000).
FORMES
CLINIQUES
Trois formes
cliniques ont été individualisées en fonction de la sévérité des symptômes et
l’âge de début de la maladie.
La forme
infantile, la plus fréquente et la plus sévère, débute apparemment vers l’âge
de 6-12 mois par un syndrome de De Toni-Debré-Fanconi et évolue vers l’insuffisance rénale
terminale vers l’âge de 9-10 ans. D’autres manifestations cliniques (oculaires,
pancréatiques, thyroïdiennes, neurologiques...) sont liées à l’accumulation de
cystine dans les différents organes.
La forme
juvénile se révèle plus tardivement vers l’âge de 12-15 ans généralement par
une protéinurie et une altération de la fonction glomérulaire, le plus souvent
sans signes majeurs de tubulopathie. La frontière
entre ces deux formes est imprécise, et des cas de formes intermédiaires avec tubulopathie à début tardif ont été décrites.
La forme
oculaire pure est caractérisée par une photophobie (douleur à la lumière) et la
présence de cristaux de cystine dans la cornée. Le traitement par la cystéamine, qui réduit le taux de cystine intracellulaire,
permet de retarder l’évolution vers l’insuffisance rénale terminale et
l’apparition des autres symptômes, s’il est administré précocement et à doses
élevées, mais n’a que peu d’effet sur la tubulopathie
et présente de nombreux effets secondaires (troubles digestifs, odeur
nauséabonde…).
LE GENE
IMPLIQUE DANS LA CYSTINOSE
Le gène
impliqué dans la cystinose a été localisé sur le
chromosome 17 par un Consortium anglo-américain, puis a été identifié en 1998 (Town et al, 1998). Ce gène, appelé CTNS, couvre 23 kb et est composé de 12
exons, les deux premiers ne codant pas pour des acides aminés (ce qui signifie
que seuls 10 exons doivent être analysés pour rechercher des mutations). Le
gène CTNS code pour une protéine de
367 acides aminés, que nous avons appelée cystinosine,
dont l’analyse de la séquence permettait de penser qu'il s'agit d'une protéine
de la membrane lysosomale.
Dans le
laboratoire, nous avons ensuite tenté de mieux comprendre le rôle exact de la cystinosine et comment s’effectue le transport de cystine à
travers la paroi lysosomale, en particulier en
réalisant des modèles cellulaires et animaux. Ainsi, nous avons injecté dans
des cellules la cystinosine rendue fluorescente. Nous
avons ainsi pu confirmer que la cystinosine est bien
localisée dans la paroi du lysosome, et nous avons caractérisé les signaux
présents sur cette protéine permettant qu’elle soit dirigée, après sa synthèse,
vers la membrane du lysosome et non vers la membrane de la cellule (Cherqui et al, 2001). En utilisant cette technique
d’injection de cystinosine dans la cellule, nous
avons montré que la cystinosine est bien capable de
transporter la cystine. L’ensemble de ces résultats confirme le rôle, suspecté
depuis longtemps, de la cystinosine comme tranporteur de cystine à travers la paroi du lysosome (Kalatzis et al, 2001a).
Des
mutations du gène CTNS ont été
détectées chez des patients présentant les trois formes de cystinose,
prouvant que le même gène est impliqué (Town et al,
1998; Shotelersuk et al, 1998; Thoene
et al, 1999; Attard et al, 1999). La mutation
observée le plus fréquemment est une grande délétion de 57 kb
(Touchman et al, 2000), emportant les exons 1 à 10 du
gène CTNS (Town
et al, 1998). Cette délétion est détectée chez environ 75% des enfants
originaires d’Europe du Nord (mais pas dans la seule famille finlandaise
étudiée à ce jour), et est due à un effet fondateur survenu au cours du premier
millénaire de notre ère (Forestier et al, 1999). Deux autres mutations avec
effet fondateur ont aussi été rapportées, rendant compte de la fréquence plus
importante de la cystinose dans certaines
populations , l’une au Québec (McGowan-Jordan et
al, 1999), l’autre en Bretagne (Kalatzis et al,
2001b). Par ailleurs, il a été montré que, alors que les enfants porteurs d’une
cystinose infantile avaient deux mutations (la
mutation d’origine paternelle et la mutation d’origine maternelle) que l’on
peut qualifier de « sévères », comme par exemple la délétion
européenne ou des mutations provoquant l’absence complète de cystinosine, les enfants avec une forme moins sévère de cystinose (juvénile ou oculaire) ont au moins une mutation
peu sévère (comme une mutation faux sens dans une région fonctionnellement peu
importante ou une mutation dans un site d’épissage),
la deuxième mutation pouvant être aussi bien une mutation peu sévère qu’une
mutation sévère (Attard et al, 1999; Thoene et al, 1999; Anikster et
al, 2000). Récemment, des mutations dans le promoteur (région régulatrice du
gène) ont également été décrites (Phornphutkul et al,
2001).
En pratique,
la recherche de mutations dans le gène CTNS
chez les patients atteints de cystinose est utile
pour confirmer le diagnostic, tout particulièrement dans les formes atypiques,
et pour proposer un conseil génétique approprié. De plus, l’identification du
gène va permettre (et a déjà permis) de mieux comprendre le mécanisme de la
maladie dans les divers organes où s’accumule la cystine. Cela a également
permis de créer un modèle animal de cystinose (chez
la souris), qui sera particulièrement utile pour tester de nouveaux
traitements, plus efficaces et mieux tolérés que la cystéamine.
Références
Anikster Y, Lucero C, Touchman JW, Huizing M, McDowell G, Shotelersuk V, Green ED, Gahl WA. Identification
and detection of the common 65-kb deletion breakpoint in the nephropathic
cystinosis gene (CTNS). Mol Genet Metab,
1999, 66: 111-116.
Anikster Y, et al.
Ocular, non-nephropathic cystinosis:
clinical, biochemical and molecular correlations. Pediatr Res, 2000, 47, 17-23.
Attard M, Jean G, Forestier L, Cherqui S, van't Hoff W, Broyer M, Antignac C, and Town M: Severity of phenotype in cystinosis varies with mutations in the CTNS gene: predicted effect on the model
of cystinosin. Hum
Mol Genet, 1999, 8: 2507-2514.
Cherqui S, Kalatzis V, Trugnan G, Antignac, C. The targetting of cystinosin to the lysosomal membrane requires a tyrosine-based signal and a
novel sorting motif. J Biol Chem, 2001, 276:
13314-13321.
Forestier L, Jean G, Attard M, Cherqui S, Lewis C, van't Hoff W, Broyer M, Town M, Antignac C: Molecular characterization of CTNS deletions in nephropathic
cystinosis: development of a PCR-based detection
assay. Am J Hum Genet, 1999, 65:
353-359.
Gahl WA,
Schneider JA, Aula PP: Lysosomal transport disorders:
Cystinosis and sialic acid
storage disorders. In: The Metabolic and Molecular Basis of Inherited Disease,
edited by Scriver CR, Beaudet
AL, Sly WS, Valle D, New York, McGraw-Hill, 1995, pp 3763-3797
Kalatzis V, Cherqui S, Antignac C, Gasnier B. Cystinosin, the
protein defective in cystinosis, is a H+-driven lysosomal cystine transporter. EMBO J, 2001a, 20: 5940-5949.
Kalatzis V, Cherqui S, Jean G, Cordier B, Cochat P, Broyer M, Antignac C. Characterization of a putative founder mutation
accounts for the high incidence of cystinosis in
McGowan-Jordan
J, Stoddard KL, P, Orrbine E, McLaine
P, Town M, Goodyer P, MacKenzie
A, Heick H: Molecular Analysis of Cystinosis:
Probable Irish Origin of the Most Common French Canadian Mutation. Eur J Hum Genet, 1999, 7: 671-678.
Phornphutkul C, Anikster Y, Huizing M, Braun P, Brodie C, Chou JY, Gahl WA. The
promoter of a lysosomal membrane transporter, CTNS, binds Sp-1, shares sequences with
the promoter of an adjacent gene, CARKL,
and causes cystinosis if mutated in a critical
region. Am J Hum Genet, 2001, 69:
712-721.
Shotelersuk V, Larson
D, Anikster Y, McDowell G, Lemons R, Bernardini I, Gu J, Thoene J, Gahl WA: CTNS mutations in an American-based
population of cystinosis patients. Am J Hum Genet, 1998, 63: 1352-1362.
Thoene J, Lemons
R, Anikster Y, Mullet J, Paelicke
K, Lucero C, Gahl W, Schneider J, Shu
SG, Campbel HT. Mutations of CTNS causing intermediate cystinosis. Mol
Genet Metab, 1999, 67: 283-293.
Touchman JW, Anikster Y, Dietrich NL, Maduro
VV, McDowell G, Shotelersuk V, Bouffard
GG, Beckstrom-Sternberg SM, Gahl
WA, Green ED. The genomic region encompassing the nephropathic
cystinosis gene (CTNS):
complete sequencing of a 200-kb segment and discovery of a novel gene within
the common cystinosis-causing deletion. Genome Res,
2000, 10: 165-173.
Town M, Jean G, Cherqui S, Attard
M, Forestier L, Whitmore SA, Callen
DF, Gribouval O, Broyer M,
Bates GP, van't Hoff W, Antignac
C: A novel gene encoding an integral membrane protein is mutated in nephropathic cystinosis. Nature Genet, 1998, 18: 319-324.
