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1. La description du gène BTD
La biotinidase est une enzyme monomère comprenant 543 résidus d'acides aminés, dont 41 acides aminés d'un peptide signal potentiel30,31. Elle est codée par un seul gène (BTD) isolé et
séquencé en 1994 par Cole et ses collègues de travail, situé sur le chromosome 3p25.
Figure 10. Emplacement cytogénétique: 3p25.1. Localisation moléculaire: paires de bases 15 601 352
à 15 653 709 sur le chromosome 3 (Homo sapiens Annotation Release 108, GRCh38.p7)32.
Le gène mesure au moins 23 kilobases et contient quatre exons, numérotés de 1 à 4, avec des tailles de 79, 265, 150 et 1502 bp, respectivement, et trois introns (figure 11), reflétant une organisation structurelle simple qui facilite le séquençage du gène pour génotyper les patients33.
Figure 11. La structure du gène de la biotinidase humaine BTD. Les quatre exons sont représentés par
des cases ombrées. Les TGA et ATG sont des codons d'arrêt. N représente la localisation du peptide N-terminal de la forme mature sécrétée de la biotinidase humaine34.
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Il existe deux codons AUG d'initiation de la traduction, un dans l'exon 1 et l'autre dans l'exon 2, ce dernier contient la méthionine N-terminale de l’enzyme mature33. Les séquences en amont de l’exon 1 et 2 contiennent des éléments promoteurs compatibles avec l'expression omniprésente de la biotinidase. La présence d'un intron entre les deux codons d'initiation possibles pourrait permettre un épissage alternatif, augmentant la possibilité d'une expression spécifique au tissu de différents transcrits de BTD. À l'appui de cette idée, une séquence consensus pour le facteur de transcription spécifique du foie HNF-5 est présente à la position du nucléotide - 352, bien que son signification physiologique soit inconnue.
L’exon 4 est le plus grand exon et contient le site actif de l'enzyme35, 36, là où la plupart des mutations ont été trouvées37.
2. Les mutations pathogènes
Trois bases de données de variantes de biotinidase accessibles au public sont en ligne: o la base de données Leiden Open Variation Database
(https://databases.lovd.nl/shared/genes/BTD )
o ClinVar (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/clinvar/?term=BTD%5Bgene%5D)
o "Biotinidase Deficiency and BTD", hébergé par les laboratoires ARUP (http://www.arup.utah.edu/database/BTD/BTD_display.php)
Plus de 200 variantes de biotinidase sont enregistrées dans la base de données ARUP, ces variantes peuvent être caractérisées comme des mutations s’il est démontré que le nouveau variant entraîne une réduction marquée de l'activité biotinidase, plus de 150 étant classées comme pathogènes; les changements faux-sens sont les plus répondus et comprennent 145 des 204 variantes énumérés38, 39. Quatre variantes pathogènes communes causent un déficit profond en biotinidase40. Parmi les enfants identifiés en raison de symptômes cliniques, les deux mutations les plus fréquemment rapportées sont une délétion de sept bases / insertion de trois bases (c .98_104delinsTCC)/G98:d7i3 dans l'exon 2 qui conduit à un codon d'arrêt prématuré (Figure 12. B), survenant dans au moins un allèle chez environ 50% des individus, et p.Arg538Cys dans l'exon 4, survenant au moins une fois chez
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30% des enfants symptomatiques41, 42. Chacune de ces variantes conduit à l'absence complète de protéine biotinidase.
D'autres mutations relativement courantes découvertes par le dépistage des nouveau-nés sont p.Gln456His, associée à un déficit profond, et p.Asp444His, une substitution qui réduit l'activité enzymatique d'environ 50% 43, 44. La variante p.Asp444His en trans avec une variante pathogène BTD sévère est associé à une déficience partielle en biotinidase, tandis qu'en cis avec p.Ala171Thr (c'est-à-dire en tant que double mutant p. [(Ala171Thr); (Asp444His)]), aboutit à un allèle profondément déficitaire en biotinidase45, cette double mutation [A171T; D444H] (Figure 12. A) est le deuxième allèle le plus fréquent chez les enfants de dépistage néonatal, survenant chez 17,3% des allèles40.
Figure 12. Schéma de la protéine biotinidase, basé sur l'ADNc 40, montrant la localisation de chaque mutation. A, Mutations trouvées seulement chez les enfants ayant un déficit en biotinidase profond
identifié par les programmes de dépistage néonatal aux États-Unis. B, Mutations trouvées chez les enfants identifiés à la fois cliniquement et par le dépistage néonatal. C, Mutations trouvées seulement
chez les enfants symptomatiques. Les flèches dans le cadre représentent les deux codons d'initiation. La ligne verticale en gras indique l'emplacement de l'extrémité N-terminale de l'enzyme mature. De fines lignes verticales délimitent des régions de résidus codées par les exons 1-4. Les emplacements des résidus de cystéine sont indiqués par un "C" gras, et les six sites de glycosylation N-liés sont notés
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Le séquençage du gène BTD peut être ciblé sur les variantes pathogènes les plus courantes ou analysés de manière exhaustive par séquençage direct et inverse des exons et des régions introniques adjacentes. Le séquençage complet du gène BTD est plus commun pour confirmer le statut et sera probablement utilisé davantage à mesure que le coût des tests diminue.
Une carte de gènes publiée dans European Journal of Human Genetics propose des considérations sur les tests moléculaires46, 47. Initialement, la plupart des enfants symptomatiques présentant un déficit en biotinidase avaient 3% de l'activité moyenne de la biotinidase sérique d'individus normaux48. Trois écarts-types au-dessus de cette moyenne, correspondant à 10% de l'activité normale moyenne, ont été pris comme seuil en dessous duquel les individus étaient considérés comme ayant une déficience profonde en biotinidase.
Après l'introduction du dépistage néonatal de la déficience en biotinidase en Etats Unis, Pays-Bas, Canada et bien dans d’autre pays, il a été déterminé que Dans un grand nombre de cas, le phénotype correspond bien aux mutations trouvées, et que pratiquement la majorité des enfants avaient la mutation p.Asp444His dans l'un de leurs allèles, avec l'enzyme aberrante résultante contribuant à environ 50% de l'activité normale49. Cette variante, associée à une variante de la déficience profonde de l'autre allèle, conduit à 10-30% de l'activité biotinidase normale moyenne50. Ces enfants sont considérés comme présentant un déficit partiel en biotinidase.
En fin de compte, La plupart des cas «profonds» présentaient deux mutations sévères, la plupart des cas «partiels» présentaient au moins une légère mutation et les nouveau-nés «normaux» une mutation ou aucune, en d'autres termes, ils étaient porteurs ou juste «normaux». Certains nouveau-nés «normaux» ont eu une ou deux mutations bénignes51.
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