UNIVERSITE LIBRE DE BRUXELLES

UNIVERSITE LIBRE DE BRUXELLES

Faculté de Médecine

Institut de Recherche Interdisciplinaire en Biologie Humaine et Moléculaire (IRIBHM)

Etude du gène KCTD7 associé à une épilepsie myoclonique progressive familiale

Thèse présentée en vue de l’obtention

du grade académique de Docteur en Sciences Biomédicales

Promoteur de thèse : Marc Abramowicz

Jury

Prof. Gilbert VASSART Président

Prof. Marc ABRAMOWICZ Promoteur de thèse Prof. Bernard DAN Rapporteur / Examinateur Prof. Mario MANTO Rapporteur / Examinateur Prof. Massimo PANDOLFO Rapporteur / Examinateur Prof. Karin DAHAN Expert extérieur

Prof. Linda DE MEIRLEIR Expert extérieur

par

Régis Aziziéh

2011

Remerciements

Je remercie en premier lieu mon promoteur de thèse, Marc Abramowicz, qui a toujours su me soutenir aux moments appropriés. D’une part, il est un excellent chercheur et professeur que j’admire et il est évident que je n’aurais pu avoir un meilleur modèle. D’autre part, son écoute et ses conseils qui m’ont permis de surmonter les moments de doute font de lui un homme que j’apprécie sincèrement.

Je remercie bien évidemment tous les membres d’IRIBHM et du service de génétique de l'Hôpital Erasme. Je remercie tout particulièrement le professeur Gilbert Vassart pour m'avoir accueilli au sein de l'IRIBHM à mon arrivée en Belgique, le professeur Isabelle Pirson pour son aide et ses précieux conseils, les membres du labo C5.114 pour la bonne humeur tout au long de ces années de thèse et enfin le professeur Serge Schiffmann et David Orduz avec lesquels j’ai collaboré au cours de ces années de thèse et qui m’ont chacun transmis des éléments précieux et variés de leur savoir respectif, et le docteur Patrick Van Bogaert du service de Neuropédiatrie de l'Hôpital Erasme pour sa collaboration au début de notre projet.

Je remercie enfin mes parents, pour leur soutien, leurs encouragements et leur foi en moi depuis le début de ce long travail.

Table des Matières

1. Introduction

1.1 Les maladies génétiques ...

1.1.1 Rappel des principes de génétique fondamentale ...

1.1.2 Types de maladies génétiques ...

1.2 Analyse de liaison génétique (genetic linkage) ...

1.2.1 Cartographie d’homozygotie ...

1.2.2 Identification de la mutation ...

1.3 L’épilepsie myoclonique progressive (PME) ...

1.3.1 Définition de l’épilepsie ...

1.3.2 Causes monogéniques des épilepsies ...

1.3.3 Classification des épilepsies myocloniques progressives ...

2 Matériels et Méthodes 2.1 Description clinique des patients ...

2.2 Matériel et réactifs ...

2.3 Le clonage positionnel ...

2.3.1 Cartographie d’homozygotie et liaison génétique (Microsatellites – SNPs) ....

2.3.2 Le LOD score ...

2.3.3 Analyse de gènes candidats ...

2.3.3.1 Sélection de gènes candidats : CALN1 – KCTD7 ...

2.3.3.2 Recherche directe de la mutation ...

2.4 Analyse du transcrit de KCTD7 ...

2.4.1 Extraction des ARN ...

2.4.2 Analyse des ARN par « Reverse-Transcriptase » PCR ...

2.4.3 Northern Blot ...

2.4.4 Hybridation In Situ ...

2.4.4.1 Préparation des coupes ...

2.4.4.2 Hybridation in situ par oligonucléotides ...

2.4.4.3. Hybridation in situ par Ribosondes ...

2.4.5 Mutagénèse dirigée ...

2.5 Cultures cellulaires et conditions de transfection ...

2.5.1 Clonage de l’ADNc en vecteur TOPO-Blunt ...

10 10 11 13 14 14 16 18 18 24 29

35 35 39 40 40 41 42 43 44 46 46 47 48 50 50 51 52 53 54 54

2.5.2 Préparation des plasmides ...

2.5.3 Mise en culture des lignées COS-7, SH SY5Y et neurones progéniteurs embryonnaires ...

2.5.4 Méthodes de transfection ...

2.6 Etude de la protéine KCTD7 ...

2.6.1 Western Blot ...

2.6.2 Co Immunoprécipitation ...

2.6.3 Immunofluorescence ...

2.6.4 Immunohistochimie ...

2.6.5 Traduction in vitro de la protéine tronquée (PTT) ...

2.6.6 Mesure de la demi-vie de KCTD7 et Inhibition de l’activité du protéasome ....

2.7 Etude électrophysiologique ...

3 Résultats

3.1 Liaison génétique ...

3.1.1 Analyses des marqueurs génomiques ...

3.1.2 LOD score ...

3.2 Caractérisation de gènes candidats ...

3.2.1 Séquençage des gènes CALN1 et KCTD7 ...

3.2.2 Autres Patients………...

3.2.3 Critères de causalité de la mutation identifiée ...

3.2.4 La famille des protéines KCTDs ...

3.3 Profil d’expression de l’ARNm de KCTD7 ...

3.3.1 KCTD7 est un gène exprimé de manière ubiquitaire ...

3.3.2 KCTD7 est détecté au niveau de régions spécifiques du cerveau ...

3.3.3 Recherche d’isoformes alternatives ...

3.4 Profil d’expression de la protéine KCTD7 ...

3.4.1 Transcription et traduction in vitro de l’ADNc muté KCTD7 ...

3.4.2 KCTD7 semble avoir une distribution périnucléaire ...

3.4.3 KCTD7 est une protéine exprimée dans des régions spécifiques du

cerveau ...

3.4.4 KCTD7 n’est pas une protéine hyper labile ...

3.5 Homodimérisation et capacité de se lier à la culline-3 ...

54

57 59 60 60 62 63 64 65 66 68

70 70 70 71 72 72 74 75 76 80 80 82 84 85 85 86

88 91 92

4 Discussion………..

5 Conclusions et perspectives……….

6 Bibliographie……….

7 Articles Annexes………..

100

109

112

123

Liste des abréviations

A ADN ADNc ADNFLE ARN ARNc ARNi ARNm ARNsi ARNt APS ATN ATP BDT BSA BTB/POZ cM C CA Ca2+

CALN cDNA Cl- COS CTP CUL CSTB DAB ddNTP DDT DEPC DNA dNTP DMEM

Adénine

Acide désoxyribonucléique

Acide désoxyribonucléique complémentaire

Autosomic dominant nocturne frontal lobe epilepsy Acide ribonucléique

Acide ribonucléique complémentaire Acide ribonucléique interférent Acide ribonucléique messager petit Acide ribonucléique interférent Acide ribonucléique de transfert Amonium persulfate

Atrophine

Adénine tri phosphate Big dye terminator Bovin serum albumine

Bric-a-brac tramtrack broad-complex pox virus and zinc finger Centimorgan

Cytosine Corne d'Amon Ion de calcium Calneurone voir ADNc ion de Chlore CV-1 Origine SV40 Cytosine tri phosphate Culline

Cystatine B Diaminobenzidine

Di-désoxyribonucléotide tri phosphate Dithiothréitol

Diethyl pyrocarbonate voir ADN

Désoxyribonucléotide tri phosphate Dulbecco’s modified Eagle’s medium

Dentato-pallido-rubro -luysian atrophy Dextran sodium sulphate

Ethylene diamine tétra acétic acid Ethylene glycol tetra acetic acid Electroencéphalogramme Etat de mal épileptique

Etat de mal épileptique convulsif généralisé Maladie de Unverricht-Lundborg

Maladie de Lafora

Eépilepsie à paroxysmes rolandiques Expressed sequence tag

Farad

Gamma-aminobutyric acid

Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase Gyrus denté

Generalized epilepsy with febrile seizures Green fluorescence protein

Glutathione sulfo-transferase Guanine tri phosphate Histone desacetylase Human embryonic kidney Horseradish peroxydase Ion de potassium

Potassium channel voltage dependant Potassium channel tetramerization domain Potassium channel regulator

Kilo base Kilo Dalton Kilo hertz Knock out

Canal potassique voltage dépendant Leibovitz-15

Human prostate cancer cell line Logarithm of odds

Guanine Molaire Méga ohm

Myoclonic epilepsy with red ragged fiber DPRLA

DSS EDTA EGTA EEG EME EMECG EPM1 EPM2 EPR EST F

GABA GADPH GD GEFS GFP GST GTP HDAC HEK HRP K+

KCNQ KCTD KCNRG kb kDa kHz KO Kv L-15 LNCaP LOD G M MΩ MERRF

Mg2+

mM mV Na+

ng NMD NCL OMS

32P PA pA PAF pb PBS PCNA PCR PDIP1 PDS PME PTT RABEX5 RF RNA RT-PCR

35S SDS SDS-PAGE siRNA SMEI SNC SNP SSC T TEMED TBE TBS

Ion de magnésium Mili molaire Mili volte Ion de sodium Nano gramme

Non-sens mediated decay Neuronale ceroide lipofuscinosis Organisation mondiale de la santé Isotope de phosphore radioactif Potentiel d'action

Pico ampère Paraformaldehyde Paire de bases

Phosphate buffered saline Proliferating cell nuclear antigen Polyremization chain reaction

Polymerase delta-interacting protein 1 Paroxysmal depolarisation shift Progressive myoclonic epilepsy Protein truncation test

Rab5 GDP/GTP exchange factor RNase free

Voir ARN

Reverse transcriptase polymerization chain reaction Isotope de souffre radioactif

Sodium dodecylsulfate

Sodium dodecylsulfate polyacrylamide gel electrophoresis Voir ARNsi

Severe myoclonic epilepsy of infant Système nerveux central

Single nucleotide polymorphism Salin sodium citrate

Thymine

Tetramethylethylenediamine Tris-boric acid-EDTA

Tris buffer saline

TGS TPO4

Ub UCSC ULD V

Tris-glycine- sodium dodecylsulfate Tampon phosphate

Ubiquitine

University of California, Santa Cruz Unverricht-Lundborg disease Volt

Chapitre 1

Introduction

1.1 Les maladies génétiques rares

Les maladies génétiques sont caractérisées par des anomalies au niveau d’un ou de plusieurs gènes, qui sont transmises à la descendance, et qui entraînent un dysfonctionnement au niveau cellulaire ⁽¹⁾. A l’heure actuelle, des milliers de maladies génétiques ont été observées, la plupart d’entre elles sont rares (< 1/2000) ou très rares (< 1/50.000). Par conséquent, ces maladies sont mal connues et souvent difficiles à diagnostiquer. L’intérêt particulier que l’on porte à ces maladies rares repose sur deux points de vue. Du point de vue médical, l’identification du ou des gènes responsables de maladies génétiques permet d’établir un lien entre des molécules précises et les conséquences phénotypiques qu’engendre leur mal fonction, elle permet une meilleure compréhension du fonctionnement de la maladie et in fine une amélioration du suivi et du traitement des patients. Du point de vue de la biologie moléculaire, nous pouvons éclaircir les mécanismes dans lesquelles sont impliqués les protéines encodées par les différents gènes du génome. L’étude générale des maladies génétiques chez l’être humain peut être comparée à grande échelle à une étude in vivo de saturation par mutagénèse ; une méthode de mutagénèse in vitro consistant à produire sur un très grand nombre d’organismes le plus de mutation possible touchant tous les gènes de leur génome afin d’établir une banque de données sur les phénotypes que produisent ces mutations individuelles. On pense que sur l’ensemble de la population mondiale, il existe au moins un individu muté pour chaque gène du génome. L’objectif global des scientifiques consiste donc à tous les identifier et en décrire les conséquences sur le phénotype.

Certaines maladies génétiques sont faiblement handicapantes, comme le daltonisme, d’autres en revanche sont extrêmement graves, voir létales à la naissance. Certaines de ces maladies sont visibles dès la naissance, comme l’ostéogénèse imparfaite, d’autres apparaissent plus tard comme la maladie de Huntington. Cependant, la plupart de ces maladies apparaissent de l’enfance à l’adolescence. Malgré l’avancée considérable des connaissances sur le génome humain, de nombreuses maladies génétiques restent encore mal comprises car nous ignorons souvent le(s) gène(s) responsable(s) d’une pathologie spécifique. Le terme de « maladies orphelines » est également souvent utilisé pour souligner que pour certaines de ces maladies rares, il n’existe ni traitement, ni recherche, ni connaissance de la cause.

1.1.1 Rappel des principes de génétique fondamentale

Les cellules somatiques humaines possèdent au total 46 chromosomes, répartis en 23 paires. Sur ces 23 paires, 22 sont identiques chez l’homme et la femme, les autosomes, et la dernière paire contient les chromosomes sexuels ou gonosomes : XX chez la femme et XY chez l’homme. Les chromosomes d’une même paire sont dits homologues, cela signifie que la séquence des loci est identique sur les deux chromosomes. Un membre de chaque paire chromosomique est hérité du père, et son homologue est hérité de la mère. Pour la 23^e paire de chromosome dite sexuelle , la mère étant XX, elle ne peut transmettre à sa descendance qu’un chromosome X, alors que le père étant XY, transmettra soit un X pour une fille, ou Y pour un garçon ⁽¹⁾.

Il existe deux types de division cellulaire ; la mitose et la méiose. La mitose correspond à la division d’une cellule somatique mère en deux cellules somatiques filles, chacune ayant un nombre de chromosomes et de gènes identique à la cellule mère, ce qui permet au corps de se développer, se différencier et se régénérer. Quant elle ne se divise pas, la cellule est en interphase passant par les phases G1 où la cellule effectue une première phase de croissance, la phase S où l’ADN (acide désoxyribonucléique) de la cellule est répliqué en vue de la division et la phase G2 où la cellule synthétise une quantité importante de protéines et augmente de volume avant de s’engager dans la mitose. La mitose est un processus continu divisés en 5 phases successives ; la prophase où les chromosomes commencent à se condenser et le fuseau mitotique à se former, la prométaphase où la membrane nucléaire se désintègre, permettant aux chromosomes de se déployer dans la cellule, la métaphase où les chromosomes condensés à leur maximum se répartissent sur le plan équatorial du fuseau mitotique, l’anaphase où les chromosomes se séparent au niveau du centromère, permettant aux chromatides de chaque chromosome de devenir des chromosomes à part entière, et la télophase où les chromosomes se décondensent, les membranes nucléaires se reforment pour donner de nouveaux noyaux, et les cellules filles résultantes de la division reprennent un aspect d’interphase ⁽¹⁾.

La méiose est une division cellulaire au cours de laquelle une cellule diploïde (possédant 23 paires de chromosomes) donne naissance à des cellules haploïdes (possédant 23 chromosomes, donc un membre unique de chaque paire). Cette production se déroule en deux temps ; la méiose I ou division réductionnelle : le nombre diploïde de chromosomes est réduit à un nombre haploïde (de 46 à 23), et la méiose II : une deuxième division méiotique suit la première sans passer par une phase de réplication de l’ADN. Au cours de la méiose I, les 23 paires de chromosomes ségrègent et un membre de chaque paire se retrouve dans un gamète. C’est durant cette phase de la méiose que les paires de chromosomes homologues s’apparient et subissent un certain nombre de recombinaisons homologues appelées également crossing over, il s’agit d’un ensemble d’échanges de portions chromosomiques entre le chromosome paternel et maternel

d’une même paire, ce qui donne lieu à de nouvelles répartitions alléliques le long des chromosomes. La recombinaison homologue (crossing over) a lieu au moment de la méiose où il existe quatre chromatides par paire de chromosomes homologues, par conséquent, un échange implique deux produits recombinants (ayant fait un échange chromosomique entre eux) et deux produits non recombinants (n’ayant pas directement subit d’échange). Si l’on considère ces notions de chromosomes et d’allèles ensemble, il existe trois possibilités pour deux gènes de ségréger au cours de la méiose ⁽¹⁾ ;

1- Si deux gènes sont situés au niveau de loci sur différents chromosomes, ces chromosomes se recombineront de manière indépendante et donc ces deux gènes ségrégeront de manière indépendante lors de la méiose.

2- Si deux gènes sont situés côte à côte sur le même chromosome, la proximité entre eux fera qu’il sera peu probable que ces gènes soient séparés par un processus de recombinaison homologue lors de la méiose, et donc ils co-ségrégeront.

3- Entre ces deux situations extrêmes, si l’on considère deux gènes situés à une certaine distance l’un de l’autre sur le même chromosome, ils tendent à ségréger ensemble lors de la méiose à moins qu’une recombinaison homologue ne vienne les séparer.

1.1.2 Types de maladies génétiques

De nombreuses maladies génétiques résultent du défaut d’un gène unique, on parle de maladie monogénique, lorsqu’en revanche les causes génétiques sont multiples, on parle de maladie multigénique. On distingue les maladies monogéniques selon leurs caractères de transmissions, dominantes, récessives, liées au chromosome X ou à l'ADN mitochondrial. La transmission dominante implique qu’un seul allèle muté pour un certain gène provoque le phénotype malade chez le sujet. Au contraire, on parle de transmission récessive lorsque les deux allèles doivent être mutés pour que la maladie apparaisse, un seul allèle muté ne suffisant pas à produire le phénotype malade. On distingue enfin les maladies génétiques selon la localisation du gène atteint ; sur un autosome (chromosome 1 à 22) on parle de maladie autosomique, sur un chromosome sexuel (ex : chromosome X) on parle de maladie hétérosomique, ou sur de l’ADN mitochondrial ⁽¹⁾. De ce fait, les maladies génétiques autosomiques et monogéniques suivent les lois de Mendel. Nous pouvons résumer les faits avec le tableau suivant :

TYPE DE TRANSMISSION DESCRIPTION EXEMPLE

Autosomique dominante

Une homme ou une femme atteinte a 50% de risque de transmettre la maladie à ses enfants.

Maladie de Huntington, Achondroplasie

Autosomique récessive

Des parents sains mais porteurs d’un allèle mutant ont 25% de risque d’avoir un enfant atteint à chaque grosses.

Drépanocytose, Mucoviscidose

Dominante liée à l’X

Mutation dominante d’un gène du chromosome X, le risque de transmission diffère selon le sexe : un homme atteint ne transmet pas la maladie à son fils, une femme atteinte a 50% de risque de la transmettre à ses enfants.

Maladie de Fabry

Récessive liée à l’X

Egalement dues à des mutations de gènes du chromosome X, les hommes sont plus souvent atteints que les femmes. Une femme atteint à 50% de risque d’avoir un fils atteint et 50% une fille porteuse.

Hémophilie A, Maladie de Duchenne, Daltonisme

Mitochondriale

De transmission maternelle, ces maladies s'appliquent à des gènes de l'ADN mitochondrial. Vu que seuls les ovocytes apportent les mitochondries de l'embryon en gestation, seules les femmes sont à même de les transmettre.

Neuropathie optique de Leber

Notons enfin que ces modes de transmission peuvent être influencés par l’empreinte génomique, un processus biologique où l'activité d’un gène particulier est différente suivant l'origine parentale des deux copies de ce gène porté par un même individu. Bien que la plupart des gènes soient actifs ou inactifs de la même façon pour leurs deux copies, nous savons que pour certains, l'une des copies parentales est réprimée de manière à ce que seule l'autre soit exprimée ⁽¹⁾.

1.2 Analyse de liaison génétique (genetic linkage)

L’analyse de liaison génétique est une méthode permettant la localisation de gènes morbides par étude de leur co-ségrégation avec des marqueurs génomiques sur un chromosome au cours de la méiose dans une famille ou dans une population ⁽¹⁾.

1.2.1 Cartographie d’homozygotie

Le principe de cartographie d’homozygotie, proposé pour la première fois par Lander et Botstein en 1987, est une forme d'analyse de liaison génétique dont le but est de localiser des mutations récessives ⁽²⁾. Les maladies récessives sont des maladies génétiques dont le phénotype malade ne se déclare que lorsque les deux allèles d’un gène sont mutés, hérités chacun d’un parent porteur. Par conséquent, les familles consanguines ont le profil idéal pour cette étude de liaison car l’hypothèse peut être faite que les enfants atteints ont hérité deux fois de la même mutation, chaque allèle malade provenant d’un parent porteur et hérité d’un ancêtre commun relativement proche. Nous pouvons illustrer la transmission d’un allèle muté (en rouge) sur l’arbre généalogique suivant dans le cas d’une maladie récessive où seuls les homozygotes pour cet allèle muté sont atteints :

La liaison génétique mesure la tendance qu’ont deux allèles situés à proximité l’un de l’autre d’être transmis ensemble au cours de la méiose. On utilise alors le pourcentage de recombinaison comme unité de mesure de la proximité entre deux loci distincts, mais elle ne représente qu’un reflet de la véritable distance physique entre eux car le taux de recombinaison varie sur toute la longueur d’un chromosome et dans tout le génome. Par conséquent, la distance physique exprimée en « paires de bases » et la distance génétique exprimée en « pourcentage de recombinaison » ne doivent pas être confondues ⁽¹⁾. Deux gènes situés sur le même chromosome sont physiquement liés, mais peuvent être génétiquement indépendants, on dit alors qu'ils sont syntèniques. L’unité de mesure de la liaison génétique est la longueur génétique sur laquelle une recombinaison méiotique est observée en moyenne sur cent méioses et est exprimée en centimorgan. Autrement dit, un centimorgan (1cM) est la longueur sur laquelle est observée une recombinaison homologue une fois sur cent gamètes. Par conséquent, on estime que la longueur totale du génome humain avoisine les 3000cM. Puisque qu’en termes de distance physique on estime que la longueur totale de ce génome est de 3x10⁹ paires de bases, ceci suggère au final que 1cM = un million de paires de bases environ.

L’application majeure de l’analyse de liaison génétique consiste à identifier, localiser et diagnostiquer les gènes responsables de maladies génétiques. Nous pouvons donc suivre la transmission d’un gène responsable d’une maladie dont la manifestation phénotypique est difficilement détectable voir absente, en suivant la transmission d’autres loci situés à proximité que l’on appelle des marqueurs. Bien entendu, le succès de cette analyse de liaison repose sur le caractère informatif des marqueurs génomiques testés ; ces marqueurs doivent être très polymorphes et hétérozygotes dans l’ensemble de la population, de telle sorte que lorsqu’ils sont détectés à l’état homozygote chez un sujet atteint et hérétozygotes chez les non atteints, cela soit significatif. Les principaux marqueurs génomiques étudiés pour leur caractère polymorphe sont :

- Les microsatellites d’ADN : les microsatellites sont des répétitions en tandem de petits motifs allant de 1 à 4 nucléotides environ 10 à 100 fois, le caractère polymorphe de ces marqueurs venant des différences du nombre de répétition du motifs pour un microsatellite donné. Le microsatellite est donc défini par le motif répété qui le compose, et les amorces uniques qui permettent son identification et son amplification. L’analyse de microsatellites est réalisée par amplification spécifique de ces marqueurs et par détection des bandes amplifiées en électrophorèse sur gel de polyacrylamide ⁽³⁾.

- Les SNP (Single Nucleotide Polymorphism) : il s’agit de la variation génétique la plus abondante dans le génome humain et qui représente à elle seule près de 90% des variations entre individus. Il s’agit d’un polymorphisme au niveau d’un seul nucléotide qui a lieu le plus souvent dans les régions non fonctionnelles du génome. A l’heure actuelle, il existe de nombreuses méthodes pour mettre en évidence des différences survenant sur un seul nucléotide. L’une des plus performantes actuellement est l'usage de microarrays. Ce principe repose sur l’hybridation d’un échantillon d’ADN génomique purifié sur une micropuce contenant un grand nombre de SNP (des dizaines de milliers). Les résultats d’hybridation mettent en évidence les régions homozygotes et hétérozygotes pour chaque SNP testé ⁽¹⁾.

De cette façon, l’analyse de liaison génétique par « cartographie d’homozygotie » (homozygosity mapping) nous permet de délimiter l’ensemble des régions chromosomiques homozygotes chez les patients atteints qui sont hétérozygotes chez les sujet sains. Ces régions chromosomiques homozygotes sont ensuite étudiées de manière plus approfondie car c’est dans l'une de ces régions que sont très probablement situés le(s) gène(s) responsable(s) de la maladie.

1.2.2 Identification de la mutation

Lorsque l’on désire savoir si un gène précis est responsable d’une maladie observable, on séquence ce gène à la recherche d’une ou de plusieurs mutation(s). Le séquençage de

(4). Une fois la séquence d'ADN déterminée, on la compare avec une séquence de référence normale, c'est à dire la plus fréquemment rencontrée dans la population.

En parcourant le génome humain, nous observons un certain nombre de variations entre individus, on parle de polymorphismes ou variants génétiques. Certains variants génétiques sont fréquent dans la population (p˃0,05), il s'agit de simple polymorphisme tel que les SNP, que l'on retrouve la plupart du temps dans les régions non fonctionnelles du génome. D'autres variants au contraire sont beaucoup plus rares. Parmi ceux-ci, certains sont dit non fonctionnels, c'est à dire qu'ils n'entrainent aucune altération de la fonction d'une protéine lorsqu'ils se produisent dans les régions codantes du génome. Certains variants rares en revanche sont fonctionnels ou causals, on parle alors de mutations pathogènes car ils altèrent la fonction de la protéine encodée.

Certaines mutations pathogènes sont ponctuelles, c'est-à-dire qu’elles ne modifient qu’un seul nucléotide. On parle alors de substitutions quand un nucléotide est remplacé par un autre, ou d'insertions/délétions quant à il se produit un décalage dans la phase de lecture de l’ADN par ajout ou retrait d'un nucléotide. Parmi les mutations de substitutions, on distingue :

- Les mutations faux sens : elles modifient un nucléotide d’un triplet codant (un codon) et modifient l’acide aminé encodé par ce nouveau codon. Les conséquences de ce changement d’acide aminé dans la protéine dépendent des changements dans les propriétés physiques et chimiques de celui-ci.

- Les mutations non-sens : elles modifient un nucléotide changeant un codon codant en codon stop (TAA, TAG, TGA), ce qui aboutit à un arrêt prématuré de la synthèse protéique. Beaucoup de mutations non-sens conduisent à la dégradation des ARNm mutés par le processus de dégradation des ARN non-sens (non-sens mediated mRNA decay ou NMD ⁽⁵⁾). Il s'agit d'un système de contrôle de la qualité des transcrits spécifique des cellules eucaryotes, qui se déclenche lorsqu'il existe un codon stop précoce dans l'ARNm, c'est à dire un codon stop localisé avant le dernier exon. Ce système de contrôle permet d'éviter la production de protéines tronquées ou mutantes. Dans les cellules eucaryotes, lors l'épissage des ARNs pré-messagers, des multimères de protéines appelés les complexes de jonction exonique (CJE) sont déposés à proximité immédiate des jonctions exoniques, l'ARN maturé étant exporté vers le cytoplasme avec ses CJE pour la traduction. Par la suite, lors de la première lecture de cet ARN maturé par un ribosome, celui-ci enlève les CJE. Par conséquent, lorsque le ribosome atteint un codon stop, et que celui-ci se trouve dans le dernier exon, tous les CJE doivent avoir été éliminés au préalable.

En cas de codon stop prématuré, il reste des CJE en aval de ce codon, entre le ribosome et l'extrémité 3' de l'ARN messager. Ceci déclenche l'adressage de cet ARN messager mutant vers des complexes de dégradation.

1.3 L’épilepsie myoclonique progressive (PME)

1.3.1 Définition de l’épilepsie

L’épilepsie, autrefois appelée haut mal, mal caduc ou mal sacré, est une maladie neurologique caractérisée par une hyperactivité cérébrale paroxystique. Cette maladie tire son origine du grec ancien : « επιλαµβανειν » (epilambanein) qui signifie « criser » ou « attaquer ». Les premiers écrits concernant l’épilepsie remontent à la médecine indienne ayurvédique (entre 4500 et 1500 avant J.C.) et babylonienne dont une quarantaine de tablettes datant d’environ 2000 av. J.C. proposent une classification des différentes crises d’épilepsies proches de ce que l’on connaît aujourd’hui. Le médecin grec Hippocrate (460-370 av J.C.) la décrivant comme « la Maladie sacrée », était convaincu que l'épilepsie n'était pas sacrée, mais provenait d'un trouble de la tête ⁽⁶⁾. Le point de vue d'Hippocrate n'a commencé à s'enraciner en Occident qu'à la Renaissance avec le médecin italien Gerolamo Cardano (1501-1576) élaborant de nouveaux traités médicaux sur l’épilepsie. Au XIX ^e siècle la neurologie est en pleine émergence et la conception que l’épilepsie ne soit pas un mal surnaturel mais bien un trouble cérébrale commence à se diffuser. Le neurologue anglais John Hughlings Jackson (1835-1911) postule que les crises provenaient de brèves décharges électrochimiques dans le cerveau, la nature des crises variant selon le siège des décharges et la fonction cérébrale en jeu. L’apparition au XX^e siècle de l’électroencéphalogramme a permis considérablement d’améliorer notre compréhension sur les mécanismes épileptiques pour permettre une classification des différentes formes et différents types d'épilepsie. Enfin depuis les années 1960, la découverte et le développement de médicaments anti-épileptiques ont connu un essor considérable ⁽⁴⁾.

L’épilepsie est un terme générique décrivant un ensemble de symptômes neurologiques provoqués par un dysfonctionnement momentané du cerveau, que l’on peut concevoir comme un court circuit au niveau des transmissions nerveuses. Contrairement aux idées reçues, les crises d’épilepsie ne se manifestent pas toujours par des mouvements saccadés ou des convulsions. En effet, certaines formes d’épilepsies sont beaucoup moins agitées et ne se manifestent que par des sensations tel que des hallucinations olfactives ou auditives, ou encore une perte de conscience totale ou partielle. Fondamentalement, une crise d’épilepsie est provoquée par une décharge excessive et anormale dans certaines régions localisées du cerveau ou dans sa totalité. La région au départ de la décharge électrique détermine en partie les symptômes ⁽⁷⁾. Ces crises n’affectent la plupart du temps pas les facultés intellectuelles, cependant lorsqu’elles se manifestent tôt chez le nourrisson, elles peuvent donner lieu à un retard mental léger (dans 20% des cas observés).

Autrefois, le corps médical considérait que toute personne pouvait être sujette à une crise

plusieurs crises. Cependant, depuis 2006 les médecins s’accordent à dire qu’une seule crise peut suffire à déterminer qu’un patient est épileptique.

La prévalence d'une maladie est la proportion de la population souffrant de cette maladie à un moment donné. La prévalence de l’épilepsie se situerait d’après l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS) à environ 8,2 pour 1000 dans l'ensemble de la population mondiale. Cependant, cette valeur n’est pas absolue, et certaines études menées dans des pays en développement dont certains pays d’Amérique du sud, d’Afrique et en Inde, suggèrent une prévalence supérieure à 10 pour 1000. L’épilepsie touche par conséquent environ 0,5 à 1 % de la population mondiale, soit environ 50 millions de personnes dans le monde à l’heure actuelle. En Belgique, ce sont entre 60 et 70 mille personnes qui sont atteintes d’épilepsie ⁽⁴⁾.

L'incidence d'une maladie est le nombre de cas nouveaux survenant durant une période déterminée, se mesurant en général par année, on parle alors d’incidence annuelle. L’incidence annuelle de l’épilepsie dans le monde avoisinerait environ 50 pour 100 000 pour l'ensemble de la population. Toutefois, les chiffres officiels provenant des pays en développement laissent entendre que cette incidence serait proche de 100 pour 100 000. Cette incidence plus élevée peut s’expliquer au moins en partie par la présence de nombreux vecteurs parasitaires et maladies infectieuses dans ces régions, qui peuvent entraîner des infections affectant l’encéphale. La durée moyenne de la maladie, c'est-à-dire la durée durant laquelle le patient subit un traitement médicamenteux jusqu’à arrêt complet de son administration ou la mort éventuelle du patient suite à des complications, est de 6 à 10 ans.

On estime qu’environ 30% des cas d’épilepsie sont héréditaires (mono et multigéniques), c'est-à- dire de causes génétiques. On parle d’épilepsies idiopathiques lorsque la cause génétique de la maladie est inconnue. Elles n’impliquent aucune cause sous-jacente en dehors de la prédisposition génétique ⁽⁸⁾. Leur mode de transmission varie selon la forme. On distingue ;

- Transmission autosomique dominante : Parmi les formes fréquentes, on retrouve les convulsions néonatales familiales bénignes, l’épilepsie infantile familiale bénigne, l’épilepsie nocturne du lobe frontal, l’épilepsie familiale du lobe temporal et l’atrophie dentato-rubro-pallido-luysienne (DRPLA) ⁽⁸⁾.

- Transmission autosomique récessive : Les formes les plus fréquemment rencontrées sont les épilepsies myocloniques progressives ⁽⁸⁾.

- Transmission liée au chromosome X dominante : Chez la femme, cette forme d’épilepsie se caractérise par des convulsions de différents genres parfois facilement contrôlables, sans détérioration des facultés intellectuelles. Chez l’homme cependant, la pénétrance est

plus importante. En effet, alors que certains patients gardent leurs facultés intellectuelles, d’autres souffrent d’un retard mental sévère ⁽⁸⁾.

- Transmission liée à l’ADN mitochondrial : Les patients souffrant d’encéphalopathie mitochondriale montrent un degré d’atteinte très variable grâce au phénomène d’hétéroplasmie (mélange de plusieurs types de génome d’organites cellulaires dans une cellule ou un individu). Dans un tissu normal, tous les ADN mitochondriaux sont identiques, dans un tissu malade, certains ADN mitochondriaux sont normaux et d’autres sont mutés. La pénétrance de la maladie sera proportionnelle à l’abondance des ADN mitochondriaux mutés. La forme la plus connue d’épilepsie liée à une mutation mitochondriale est l’épilepsie myoclonique à fibres rouges en lambeaux (MERRF) ⁽⁸⁾.

Si 30% des épilepsies ont des causes génétiques, un peu moins de 70% sont acquises suite à des incidents, on parle dans ce cas d’épilepsies symptomatiques ⁽⁶⁾ (manque d'oxygène à la naissance, lésions graves à la tête, tumeurs cérébrales, infection ou maladie générale chez la mère pendant la grossesse qui a altéré le développement du cerveau du fœtus, infections cérébrales ou encore des accidents vasculaires cérébraux).

Enfin, lorsqu’aucune cause n’est décelée suite à un examen médical, on parle d’épilepsies cryptogéniques.

A l’heure actuelle, les mécanismes moléculaires responsables de l’épilepsie sont encore le moteur de bons nombres de sujets d'études. Beaucoup suggèrent que chaque épilepsie correspond à un mécanisme physiopathologique précis ⁽⁹⁾. Nous constatons cependant qu’il existe un phénomène commun à toute les épilepsies : la dépolarisation massive paroxystique (Paroxysmal depolarisation shift ou PDS).

Le neurone est une cellule dite « excitable », c'est-à-dire qu’elle est capable de répondre à une stimulation "seuil" en générant un potentiel d’action (PA ou influx nerveux). Nous considérons donc le potentiel d'action comme l'élément constitutif à l'origine du message nerveux. Ce potentiel d’action correspond à une dépolarisation locale, transitoire et stéréotypée de la membrane plasmique des neurones. Cette membrane, constituée d'une bicouche lipidique et de protéines insérées, est relativement imperméable aux molécules polaires telles que l'eau et chargées électriquement telles que les ions. Toutefois, cette membrane plasmique présente une perméabilité sélective à l'égard de certains ions (sodium, potassium, chlore et calcium), qui est ajustable par des neurotransmetteurs qui modifient son degré de polarisation. La différence de concentration ionique entre l’intérieur et l’extérieur de la cellule détermine la valeur locale du potentiel transmembranaire. Par conséquent, lorsqu’il n’est pas excité par un influx nerveux, le

« potentiel de repos ». Le potentiel d’action est créé au niveau du cône d’émergence ou péricaryon à la base du corps cellulaire. Avant de générer un potentiel d’action, ce cône d’émergence intègre la somme des potentiels gradués provenant des différentes synapses situées le long de ses dendrites. Lorsque cette somme dépasse le seuil d’excitabilité du neurone, en général -55mV, le potentiel d’action est initié ⁽⁹⁾. Ce potentiel d’action est constitué de 3 phases bien spécifiques :

1- la dépolarisation : Au repos, le potentiel membranaire tourne autour de -70mV. Lorsque les messages nerveux extérieurs s’accumulent au niveau du cône d’émergence, ils dépolarisent la membrane jusqu’au seuil de -55mV. Cette première dépolarisation de la membrane, de -70mV au repos à -55mV, va permettre l’ouverture initiale de canaux sodiques voltage dépendants qui laissent filtrer les ions de sodium (Na+) de l’extérieur de la cellule vers l’intérieur selon un gradient électrochimique. Cette entrée massive de sodium dans la cellule permet à d'autres canaux sodiques proches de s’ouvrir à leur tour, ce qui provoque une dépolarisation de la membrane d’une amplitude spécifique de +100mV, le potentiel membranaire passant donc de -70mV à +30mV. C’est à ce moment que la concentration intracellulaire de sodium atteint son maximum, que son gradient électrochimique est annulé et les canaux sodiques vont successivement se fermer.

2- la repolarisation : elle permet un retour au niveau de repos. Elle commence lorsque les canaux de rectification voltage dépendants s’ouvrent, laissant les ions de potassium (K+) filtrer de l’intérieur vers l’extérieur de la cellule. Cette perte de charges positives (les ions de K+) compense l’entrée préalable des ions positifs de Na+, ce qui permet au potentiel membranaire de rechuter vers des valeurs négatives.

3- l’hyperpolarisation : après la fermeture des canaux sodiques, les canaux potassiques restent ouverts plus longtemps une fois revenus à la barre physiologique des -70mV lors de la repolarisation, provoquant une sortie d’ions K+ plus importante que le nombre d’ions de Na+ qui étaient initialement entrés. Le potentiel membranaire continue alors diminuer en dessous du potentiel de repos, tombant à -150 mV, on dit que la membrane subit une hyperpolarisation transitoire. C’est durant cette phase d’hyperpolarisation que prend place la période réfractaire, un laps de temps durant lequel la membrane plasmique ne pourra pas subir de nouvelle dépolarisation, empêchant ainsi un 2^e stimulus de déclencher une dépolarisation locale de la membrane et donc un nouveau potentiel d'action. Cette période réfractaire assure donc au potentiel d’action de se propager dans un sens unique le long de l’axone, puisque aucun retour en arrière n’est possible si la membrane ne peut se dépolariser.

Le phénomène de dépolarisation massive paroxystique (paroxismal depolarization shift ou PDS) est caractéristique de la décharge épileptique. Il s’agit d’une dépolarisation lente, anormalement ample et prolongée qui génère une véritable bouffée de potentiels d’action (burst) de hautes fréquences dans un réseau neuronal, visible sous la forme de pointes spécifiques sur un électroencéphalogramme (EEG) ⁽⁹⁾. Un des modèles proposés à ce jour suggère que les neurones hyper excitables qui produisent beaucoup de PDS, constituent le foyer épileptique d’où commence la propagation de l'orage électrique. Ces multiples PDS vont créer une zone hyperactive de neurones qui continuera d’augmenter par recrutement de nouveaux neurones situés en périphérie du foyer épileptique. Lorsque le nombre de neurones mobilisés dans la zone hyper active est suffisamment important, les systèmes d’inhibition entourant cette région s’épuisent, permettant la synchronisation et la propagation de la décharge épileptique ⁽¹²⁾. Finalement, l’arrêt de la crise d’épilepsie est liée à l’arrêt des décharges synchrones, autrement dit quand les PDS laissent places à une phase d’hyperpolarisation. Les mécanismes responsables de l’arrêt de propagation de la décharge épileptique sont encore flous, mais on pense qu’il s’agirait de l’accumulation de déchets cellulaires secondaires à la crise, dont les astrocytes (les cellules de soutien des neurones) qui recapturent les ions de potassium (K+) libérés lors du passage de la décharge, mais aussi grâce à l’intervention de neurotransmetteurs inhibiteurs ⁽¹⁰⁾.

En électrophysiologie, le potentiel d’équilibre correspond à la valeur du potentiel membranaire pour laquelle un certain ion est en équilibre électrochimique, c'est-à-dire quand la force électrique due à la différence de potentiel de part et d'autre de la membrane et la force chimique due à la différence de concentration intra et extracellulaire sont égales et de sens opposés. La quantité d'ions entrant est donc égale à la quantité d'ions sortants. Pour le cas d'une seule conductance

L’équation de Nernst, chimiste Allemand qui fut le premier à la formuler en 1889, décrit donc le potentiel électrochimique d’un ion particulier.

Pour comprendre cette équation, imaginons deux compartiments de même volume contenant de l'eau pure et séparés par une membrane poreuse. Dans le compartiment A, on dissout une quantité de NaCl mais on laisse le compartiment B inchangé. Le sel se dissocie entièrement en Na⁺ et Cl^- dans le compartiment A et un flux de Na⁺ et Cl^- va avoir lieu depuis le compartiment A vers le compartiment B jusqu’à un équilibre des concentrations en Na⁺ et Cl^- dans les deux compartiments (autrement dit, le même nombre de moles de NaCl dans chaque compartiment).

Supposons maintenant que la membrane ait des pores qui ne laissent filtrer que les ions Na⁺. En recommençant la même expérience, on constate alors que la concentration en sel du compartiment B reste nulle. Si on place une électrode de mesure dans chaque compartiment, on constate qu'une différence de potentiel entre le compartiment A et le compartiment B s'est établie car les ions de Na⁺ diffusent à travers la membrane de A vers B, mais pas les ions Cl^-. Une accumulation de charge négatives (Cl^-) se fera du côté A et une accumulation de charges positives (Na⁺) se fera du côté B. Le champ électrique créé par cette séparation de charge s'oppose à toute sortie supplémentaire d'ions Na⁺. En réalité, la diffusion continue mais elle est compensée exactement par une migration imposée par le champ électrique, il s'agit de l’équilibre électrochimique. La valeur de la différence de potentiel entre les compartiments A et B est donnée par l'équation de Nernst :

où : Ei est le potentiel électrique du compartiment i, [I]i la concentration de l'espèce perméante I du compartiment i (dans notre exemple Na⁺), R la constante des gaz parfaits, T la température en kelvin, z la charge de l'ion perméant (avec le signe) et F la constante de Faraday

S'il existe plusieurs conductances, on fait appel à l'équation plus générale de Goldman-Hodgkin- Katz. Cette équation donne la valeur du potentiel membranaire lorsque plus d'une conductance est active au sein de la membrane considérée. Il s'agit typiquement du cas des neurones lors du potentiel d'action.

Sachant que le potentiel de repos des neurones est d’environ -70mV, le champs électrique E autour de leur membrane est : E = 70x10^-3 / 7nm = ~ 10⁶ V/m.

1.3.2 Causes monogéniques des épilepsies

A travers les différentes études menées depuis plusieurs années sur les épilepsies, nous constatons que les causes génétiques sont aussi variées que les épilepsies elles mêmes. A ce jour, plus de 70 gènes ont déjà été impliqués dans un phénotype épileptique lorsque ceux-ci sont porteurs d’une ou plusieurs mutations entraînant un défaut de leurs protéines ⁽¹³⁾. Certaines mutations entraînent une perturbation directe de l’excitabilité membranaire et de la transmission synaptique, alors que d’autres mutations sur des gènes de développement perturbent la formation des circuits inhibiteurs et excitateurs. Enfin certaines mutations perturbant le métabolisme des lipides, glucides et protéines sont également mises en cause dans certaines épilepsies. Il existe donc bien une réelle hétérogénéité complexe dans les causes génétiques entraînant les syndromes épileptiques.

De plus en plus d’évidences nous conduisent à concevoir qu’une décharge épileptique tire souvent son origine d’un problème au niveau de canaux ioniques causant un défaut dans la perméabilité membranaire du neurone ainsi qu’une perturbation au niveau du gradient électrochimique. En effet, parmi les gènes identifiés jusqu’à présent et liés à une forme héréditaire de l’épilepsie, nous retrouvons beaucoup de gènes codant pour des canaux ioniques tel que KCNQ2 et KCNQ3 (canaux potassiques) ; SCN1A, SCN1B et SCN2A (canaux sodiques). Par conséquent, si certaines crises sont dues à un problème de canaux impliqués dans la dépolarisation membranaire (et donc dans la décharge en elle-même), d’autres sont dues à un défaut d’inhibition de cette décharge ⁽¹⁴⁾. Toutefois, toutes maladies héréditaires entraînant le défaut d’un canal ionique n’engendrent pas nécessairement un phénotype épileptique. En effet, il existe une grande variété et quantité de canaux ioniques. Tous ces canaux ne sont pas exclusivement exprimés dans le système nerveux central, certains canaux sont uniquement exprimés dans le muscle cardiaque ⁽¹⁵⁾, les muscles squelettiques ou encore les reins, de telle sorte qu’une mutation touchant l’expression de l’un de ces canaux n’entraîne aucune conséquence au niveau du cerveau. Certains canaux exprimés dans le système nerveux central peuvent également entraîner, lorsqu’ils sont défectueux, une atteinte auditive ⁽¹⁶⁾. Enfin, certains canaux ioniques exprimés dans plusieurs tissus peuvent entraîner une combinaison de symptômes variés lorsqu’ils sont défectueux, telle que la mutation du canal potassique rectificateur de courant Kir4.1, encodé par le gène KCNJ10, dont le défaut entraîne le syndrome EAST (Epilepsy – Ataxia – Sensorineural deaf – Tubulopathy) ⁽¹⁷⁾.

Un autre exemple particulièrement intéressant est le syndrome LQT2, une cardiopathie génétiquement hétérogène qui se caractérise par un allongement de l'espace QT sur l'électrocardiogramme associé à un risque élevé de torsades de pointe ou de fibrillation

mutations du gène KCNH2 (classe1), encodant le canal potassique voltage-dépendant Kv11.1, mais également d’autres gènes codant pour des protéines de trafic intracellulaire (classe2) et des protéines d’assemblage (classe3), tous impliqués dans la régulation du canal Kv11.1. Plusieurs patients souffrant de ce syndrome présentent également un phénotype épileptique ⁽¹⁸⁾.

En revanche, certains canaux n’entraînent de conséquences qu’au niveau du système nerveux central lorsqu’ils sont déficients. C’est le cas des convulsions de type néonatales familiales bénignes ont été observées suite à des mutations sur les gènes KCNQ2 et KCNQ3, codant pour des sous-unités de canaux potassique voltage dépendant ⁽¹⁹⁾. Ces convulsions apparaissent au 3^e jour de vie, caractérisées par une posture dystonique (posture anormale avec troubles du mouvement caractérisé par des contractions musculaires ou des spasmes involontaires) avec clonies et automatismes moteurs. Ces convulsions disparaissent complètement après quelques semaines.

Dans un autre exemple, une mutation sur la sous-unité β1 d’un canal sodique voltage dépendant encodé par le gène SCN1B, est liée à une forme d’épilepsie généralisée avec convulsions fébriles (GEFS). Cette mutation est responsable d’un défaut d’inactivation du canal sodique provoquant un flux entrant de sodium (Na+) persistant ⁽²⁰⁾. Cependant, des mutations sur le gène SCN2B ont également été retrouvées chez trois patients de différentes ethnies souffrant du syndrome de Brugada, une maladie génétique causant des troubles important du rythme ventriculaire cardiaque et dont les mutations se trouvent habituellement sur le gène SCN5A, et qui ne souffrent pourtant pas d’épilepsie ⁽²¹⁾.

De la même façon, des mutations sur la sous-unité α1 du même canal sodique et encodé par le gène SCN1A, peuvent être associées à l’épilepsie généralisée avec convulsions fébriles (GEFS) mais également au syndrome de Dravet, longtemps appelé « épilepsie myoclonique sévère du nourrisson » (SMEI) dépendant du site de la mutation sur le gène ⁽²²⁾. Une étude a montré que les mutations du gène SCN1A entraînant le syndrome de Dravet se retrouvaient dans la région du gène codant pour le pore du canal contrairement aux mutations entraînant GEFS ⁽²³⁾. Une seconde étude de la même équipe a montré en se basant sur de nombreuses mutations connues du gène SCN1A que celles qui siègent dans la région du pore du canal aggravent la sévérité du phénotype de la maladie ⁽²⁴⁾.

Citons également le canal SK2 (Small Conductance calcium-activated potassium channel). Ce canal potassique est particulièrement important dans diverses fonctions cellulaires. Il est capable de réguler l’excitabilité membranaire et la réactivité des cellules aux signaux synaptiques, il contribue également à la phase post-hyperpolarisante (afterhyperpolarization) diminuant ainsi les

potentiels post-synaptiques excitateurs (PPSE), et enfin ce canal est exprimé durant la vie embryonnaire et à l’âge adulte dans certaines régions dont les cellules de Purkinje où il contribue à la plasticité neuronale en régulant leur excitabilité intrinsèque ⁽²⁵⁾. Enfin, on a observé dans une lignée de rats génétiquement prédisposés à développer un phénotype épileptique, une surexpression des canaux SK2, ainsi qu’une expression diminuée des canaux SK1 et SK3 ⁽²⁶⁾.

Enfin, certaines neuropathies induites par une hyperexcitabilité neuronale peuvent être associées à la dégradation de certains canaux potassiques voltage-dépendant (K_v) par réaction auto-immune induite par la production d’anticorps anti-VGKC (Voltage-Gated K+ Channel). C’est notamment ce qui est observé dans l’encéphalite limbique auto-immune et dans le syndrome de Morvan, une maladie neuromusculaire rare, caractérisée par des contractions musculaires du visage et de la langue, des faiblesses et des crampes dans les muscles principalement dans les membres inférieurs, qui touche plus particulièrement les jeunes hommes ⁽²⁷⁾.

Au niveau synaptique, des perturbations affectant l’activité de récepteurs de neurotransmetteurs, engendrant des potentiels post-synaptiques excitateurs gigantesques, ont été associés à plusieurs cas d’épilepsie. Le récepteur nicotinique d'acétylcholine par exemple, est un récepteur ionotropique perméable aux ions sodium, sensible à l'acétylcholine et dont le rôle principal est la transmission neuromusculaire et motrice autonome. Il tient son nom de l'un de ses agonistes, la nicotine, par opposition aux récepteurs muscariniques (récepteurs métabotropiques). Des mutations sur les sous-unités α4 et β2 de ce récepteur, encodées par les gènes CHRNA4 et CHRNB2, sont impliqués dans l’épilepsie nocturne du lobe frontal autosomique dominante (ADNFLE) ⁽²⁸⁾. Il s’agit de brèves crises d'épilepsie pendant un sommeil léger caractérisées par des mouvements brutaux et stéréotypés et ne provoquent la plupart du temps pas de perte de connaissance.

Un dernier exemple concerne l’acide gamma-aminobutyrique (GABA), le principal neurotransmetteur inhibiteur du système nerveux central. Sa fonction est donc de ralentir les transmissions nerveuses entre les cellules neuronales. Le GABA est synthétisé à partir de l'acide glutamique par un enzyme : la GAD (Glutamic Acid Decarboxylase, ou Glutamate Decarboxylase), et est catabolisé par un autre enzyme : la GABA transaminase (GABA-T). Habituellement, l'activité cérébrale est régulée grâce, notamment, à l'action du GABA. Cependant, chez certains patients épileptiques, on remarque que l'action inhibitrice du GABA est réduite, ce qui favorise une hyperactivité des neurones. Des concentrations anormalement basses de GABA sont observées dans certaines épilepsies augmentant le risque de développer des convulsions. Ceci est notamment provoqué par une anomalie des récepteurs GABA (ionotropique) et GABA

première étude en 2001 a montré qu’une mutation du gène GABG2, codant une sous-unité du récepteur GABAA, était liée à des cas d’épilepsie généralisée à convulsions fébriles ⁽²⁹⁾. Des mutations sur le gène GABRA1, codant une sous-unité du récepteur GABAA, ont été observés en 2002 dans une famille canadienne dont certains membres étaient atteint d’épilepsie myoclonique juvénile ⁽³⁰⁾. Les récepteurs GABA_A étant associés à un canal chlorique pentamérique, l’inhibition ne se met pas correctement en place sur l’ensemble du réseau neuronal. Rappelons qu’au niveau synaptique, les ions de chlore (Cl-) sont majoritairement présents à l’extérieur de la cellule, ce qui favorise leur entrée lors de l’ouverture des canaux grâce au gradient électrochimique qui y règne.

Une étude publiée en 2004 a montré que l'action du GABA était contrôlée par un enzyme ayant également un rôle clé dans le métabolisme du glucose : la glycéraldéhyde-3-phosphate déshydrogénase (GAPDH), qui permet de maintenir en fonction les récepteurs GABAA post- synaptiques en phosphorylant une de leurs sous-unités ⁽³¹⁾. Il a été montré plus tard que cet enzyme contrôlant les récepteurs GABA est déficient chez certains patients épileptiques ⁽³²⁾. Ce mécanisme de maintenance dépendant de la GAPDH faisant défaut, les récepteurs GABA opérationnels sont alors moins nombreux à la membrane des neurones, ce qui diminue l'action inhibitrice du GABA sur l'activité électrique de ces neurones, favorisant les crises d'épilepsie. Ces résultats sont soutenus par une autre étude, où des expériences d’immuno-détection sur des échantillons de tissus nerveux humains épileptiques ont mis en évidence une diminution significative du nombre de récepteurs GABAb pré et post-synaptiques ⁽³³⁾.

Enfin, certaines épilepsies associées à de l’ataxie cérébelleuse sont provoqués par une élimination auto-immune de la GAD par des anticorps anti-GAD ⁽³⁴⁾, ou du GABA par des anticorps ant-GABA ⁽³⁵⁾. Signalons également qu’hormis de son rôle dans la neurotransmission, le GABA est également un facteur neurtrophique favorisant la croissance, la prolifération et la différenciation des cellules nerveuses, et sont essentielles au développement du système nerveux dans son ensemble, ainsi qu'au maintien des fonctions cérébrales.

Les propriétés inhibitrices du GABA sur le système nerveux central sont utilisées dans certains traitements de l'épilepsie visant à diminuer l'excitation neuronale en augmentant la concentration de GABA, ce qui peut se faire en inhibant les enzymes de dégradation du GABA (la GABA transaminase), comme le font par exemple le valproate et la vigabatrine. A l’inverse, certaines toxines comme la picrotoxine peuvent provoquer des crises d’épilepsie en inhibant les canaux GABAa, favorisant ainsi une augmentation de l'activité électrique du cerveau ⁽³⁶⁾.

Hormis certains gènes codant des protéines transmembranaires de canaux ioniques ou récepteurs de neurotransmetteurs, certaines épilepsies tirent leur cause de mutations sur des gènes codant pour des enzymes métaboliques, entrant dans le cadre des maladies lysosomiales tel que les épilepsies myocloniques progressives (Lafora, Unverricht-Lundborg,...etc). Notons que des mutations sur le gène UBE3A, codant pour l’ubiquitine-protéine ligase E3A impliquée dans le

targeting de protéines destinées à être dégradées dans le protéasome, ont été associées au syndrome d’Angelman, une maladie neuro-dégénérative caractérisée par un retard mental, de l’épilepsie, de l’ataxie et une hyperactivité ⁽³⁷⁾.

Enfin une dernière catégorie de gènes dont les mutations engendrent un phénotype épileptique, sont des gènes de développement. Un nouveau gène a été associé à une forme infantile d’épilepsie appelée l’épilepsie à paroxysmes rolandiques (EPR). Ce gène, ELP4, code pour la protéine d’élongation-4, l’une des six sous-unités du complexe d’élongation associé à l’ARN polymérase II lors de l’élongation de la transcription ⁽³⁸⁾. Il a été montré que le complexe d’élongation est entre autre responsable de la croissance des projections dendritiques des neurones corticaux et de leur migration à travers le cortex cérébral ⁽³⁹⁾. Un défaut du complexe d’élongation induit par conséquent de mauvaises connexions entre neurones, ce qui altère l’activité électrique globale du cerveau, entraînant des décharges épileptiques.

Un deuxième exemple concerne l’encéphalopathie épileptique infantile précoce (EIEE) ou syndrome d’Ohtahara, un syndrome épileptique caractérisé par un début très précoce, dans les premiers mois de vie, des contractions toniques avec des « suppression-burst » à l'électroencéphalogramme. Des crises motrices partielles peuvent également survenir, une malformation cérébrale est retrouvée dans la majorité des cas et plus rarement une anomalie métabolique. Les causes génétiques de cette maladie s’expliquent par des mutations sur les gènes ARX (type1) ⁽⁴⁰⁾, CDKL5 (type2) ⁽⁴¹⁾, SLC25A22 (type3) ⁽⁴²⁾, STXBP1 (type4) ⁽⁴³⁾ et SPTAN1 (type5) ⁽⁴⁴⁾. STXBP1 code pour une protéine de liaison aux syntaxines, une famille de protéines transmembranaires impliquées dans la formation du complexe multimerique SNARE participant à l’exocytose de neurotransmetteurs au niveau des jonctions synaptiques.

Un troisième exemple est celui du syndrome de Juberg-Hellman, une épilepsie exprimée uniquement chez la femme, s’accompagnant de retard mental, et provoquée par des mutations du gène PCDH19, porté par le chromosome X et codant pour une protéine d’adhésion cellulaire calcium dépendant et appelée Proto-cadhérine 19 ⁽⁴⁵⁾. Des mutations sur PCDH19 ont également été observées dans le syndrome de Dravet, où PCDH19 est considéré comme le deuxième gène associé à la maladie après SCN1A.

1.3.3 Classification des épilepsies myocloniques progressives

On distingue principalement deux catégories de crises d’épilepsies : les crises partielles (70 % des cas) et généralisées (30 % des cas) ⁽⁶⁾.

Les crises d'épilepsie partielles se manifestent à un endroit précis du cerveau comme par exemple le centre du langage ou de la vision. Les conséquences de ces crises partielles dépendent du foyer d’où elles tirent leur origine, de telle sorte qu’une décharge anormale générée au niveau du lobe temporal se manifestera par des troubles auditifs, alors qu’une décharge générée au niveau du lobe occipital se manifestera par des troubles visuels. Ces crises peuvent être simples ou complexes en fonction du fait que la personne atteinte garde ou non un contact avec la réalité ⁽⁷⁾. Une crise partielle peut cependant dégénérer en crise généralisée lorsque l’orage électrique part d’une zone précise pour se répandre dans l’ensemble du cerveau.

On parle de crises généralisées lorsque toutes les zones du cortex sont touchées. Ces crises représentent les crises les plus intenses. On distingue :

- Les crises tonico-cloniques : elles se déroulent en trois phases distinctes : la phase tonique, caractérisée par le raidissement et les contractions de l'ensemble des muscles des membres, du tronc et du visage, la phase clonique, impliquant typiquement convulsions et contractions désordonnées des mêmes muscles, et enfin la phase de récupération, c'est-à- dire la phase d'inconscience.

- Les crises myocloniques : elles se manifestent par des secousses musculaires brutales, rythmées, intenses, bilatérales ou unilatérales et synchrones, affectant les bras ou les jambes, sans perte de la conscience mais occasionnant des chutes. Ces secousses brutales sont aussi appelées « myoclonies » ou simplement « clonies » venant du grec « klonos » pour « agitation ».

- Les crises d'absence ou « petit mal » : elles se caractérisent par une rupture de contact totale de quelques secondes avec l’environnement. Le malade arrête toute activité en cours, reste immobile, le regard vide et ne réagit pas à l'appel. A la fin de la crise, il retrouve spontanément toute sa conscience, reprend habituellement l'activité en cours, sans même se souvenir de la crise. La plupart de ces absences ne se manifestent que chez les enfants.

Enfin, la complication la plus redoutée et la plus dangereuse chez les personnes atteintes de crises généralisées est l’état de mal épileptique (EME). Il s’agit soit de crises uniques, souvent