UNIVERSITÉ LIBRE DE BRUXELLES FACULTÉ DE MÉDECINE
« Étude des manifestations cardiovasculaires chez les patients présentant un syndrome de Noonan porteurs de mutation au sein du gène PTPN11; rôles des gènes de la voie de signalisation
des MAP kinases pour les syndromes apparentés »
par
Dr Yves Sznajer
Thèse présentée en vue de l‟obtention du grade de Docteur en Sciences biomédicales
Promoteurs
Monsieur le Professeur A. Verloes
Monsieur le Professeur Ph. Lepage
Jury sous la Présidence de
Monsieur le Professeur Stéphane Louryan
Composition du Jury
Experts étranger et extérieurs à la Faculté de Médecine de l’U.L.B
Madame le Professeur V. Cormier Daire Monsieur le Professeur E. Legius Membres de la Faculté de Médecine
Monsieur le Professeur M. Abramowicz Monsieur le Professeur D. Bléro
Monsieur le Professeur J. Lévy Monsieur le Professeur G. Vassart
Table des matières
Remerciements ... 5
Liste des Abréviations ... 8
Résumé ... 9
PARTIE I : Introduction ... 12
Le syndrome de Noonan _______________________________________________________ 12 1.1.1 Identification du syndrome ____________________________________________________ 12 1.1.2 Description phénotypique détaillée ______________________________________________ 13 1.2 Les maladies de la voie RAS ________________________________________________ 25 1.3 Difficultés nosologiques et émergence du concept de « syndrome neuro-cardio-facio- cutané » _________________________________________________________________ 27 1.4 Le syndrome L.E.O.P.A.R.D ________________________________________________ 28 1.4.1 Identification du syndrome ____________________________________________________ 28 1.4.2 Description phénotypique _____________________________________________________ 29 1.5 PTPN11 : premier gène des syndromes de Noonan et LEOPARD _________________ 30 1.5.1 Identification du gène PTPN11 _________________________________________________ 30 1.5.2 Structure, rôle et expression du gène PTPN11 _____________________________________ 34 1.5.3 Rôle des domaines SH2 de SHP-2 _______________________________________________ 36 1.5.4 Fonctions de SHP-2 chez les vertébrés non humains ________________________________ 38 1.5.5 Signalisation par SHP-2 et ses orthologues : la voie Ras chez les vertébrés _______________ 41 1.5.6 Autre fonction du gène PTPN11 chez l‟homme: les processus myéloprolifératifs _________ 43 1.6 Le gène PTPN11 et le cœur _________________________________________________ 44 1.6.1 Fonctions du gène PTPN11 dans l‟embryologie du cœur _____________________________ 44 1.7 Les autres gènes responsables du syndrome de Noonan et des maladies de la voie RAS 48 1.7.1 Les autres gènes identifiés responsables du syndrome de Noonan : SOS1, RAF1, KRAS, NRAS et SHOC2 ____________________________________________________________________ 48 1.7.2 Le syndrome de Costello ______________________________________________________ 52 1.7.2.1. Description phénotypique ________________________________________________ 52 1.7.2.2 Définition moléculaire __________________________________________________ 53 1.7.3 Le syndrome Cardio facio cutané (CFC) __________________________________________ 55 1.7.3.1 Description phénotypique ________________________________________________ 55 1.7.3.2 Définition moléculaire __________________________________________________ 57 1.7.4 Les variants cliniques du syndrome de Noonan ____________________________________ 58 1.7.4.1 Le syndrome “Noonan-like with Loose Anagen hair” __________________________ 58 1.7.4.2 Le syndrome « Noonan-like/multiple giant cell lesion » (MGCL) et le syndrome „Noonan- chérubinisme‟ _________________________________________________________ 59 1.7.5 Les „syndromes liés à NF1‟ ____________________________________________________ 61 1.7.5.1 Le syndrome Noonan-Neurofibromatose encore appelé syndrome « Noonan-NF1 » __ 61 1.7.5.2 Le syndrome de Watson associe une sténose valvulaire pulmonaire à des taches café-au- lait) _________________________________________________________________ 62 1.7.5.3 Le syndrome de Legius (ou „NF1-like avec Taches café-au-lait) et le gène SPRED1 __ 63 1.7.6. Les autres syndromes apparentés ________________________________________________ 64 1.7.6.1 Le syndrome de « Noonan-récessif » _______________________________________ 64 1.7.6.2 Le syndrome de Baraitser et Winter ________________________________________ 65 1.7.6.3 Le syndrome de King (Denborough) ou syndrome de Noonan et hyperthermie maligne 66 Buts des travaux de recherche ... 67
Partie II Travaux de recherche : résultats et discussions ... 68 2.1 Cardiopathies et Mutations du gène PTPN11 chez les patient(e)s porteurs du syndrome
de Noonan _______________________________________________________________ 68
2.3. Description d'une patiente porteuse conjointement d'une mutation au sein du gène BRAF responsable du syndrome CFC et d'un déficit en Coenzyme Q10 ____________ 90
Partie III Discussion générale ... 93
Partie IV Conclusions et Perspectives ... 98
Références ... 1000
Annexes ... 1222 Annexe I : Livret clinique - Étude « Noonan » __________________________________ 12222
Remerciements
- À André Kahn, naturellement.
À Alain Verloes, inestimablement : tu m‟as fait confiance, tu as surmonté tant de mes comportements et entêtements que tu ne partageais sans doute pas. Tu m‟as accepté, tu m‟as vu te harcelant et te stressant sans jamais me juger ni me désespérer et combien de fois ne me suis-je pas dit pourvu qu‟il ne me lâche pas ! Tu m‟as toujours soutenu et je ne suis pas bien sûr que dans ce petit monde, je n‟aurais eu le privilège de rencontrer de nombreuses personnes ayant, certes, cru en moi, mais m‟ayant porté et surtout supporté comme tu l‟as fait.
À Philippe Lepage, sincèrement, pour son évaluation juste et ses conseils discrets mais appropriés.
À Hélène Cavé, Sabrina Pereira, Boris Keren et Caroline Nava de l‟équipe de M. le Professeur J. Elion du département de biologie moléculaire à l‟Hôpital Robert Debré, Paris
À Madame Béatrice Parfait, rencontrée durant quinze minutes en 2002 à Montpellier, présente au premier appel sept ans plus tard et dont les commentaires, notifications, corrections pour ce travail de thèse auront été déterminants. Merci infiniment.
À Madame Isabelle Pirson, une rencontre marquante par une disponibilité inattendue et un contact humain tellement simple. Merci pour les critiques scientifiques de la rédaction et pour les conseils de préparation aux épreuves de défense.
À Marc Abramowicz et À Monsieur G. Vassart.
À Madame Vamos, pour ses connaissances encyclopédiques qu‟elle fait partager à sa manière et pour son souci de les maintenir à jour.
Aux membres de l‟équipe de génétique de la KUL à Leuven, à Jean-Pierre Fryns et à Koen Devriendt pour m‟avoir ouvert les portes d‟accès dans ces cercles de la génétique et de la dysmorphologie.
À Monsieur le Professeur José Ramet, pour une présence attentive, discrète mais un soutien sans faille.
À Monsieur le Professeur Jack Lévy, pour une compréhension, une écoute, une disponibilité et des conseils toujours avisés.
À Pascale, Jasmine, Catherine, Nathalie, Anne, Audrey et toute l‟équipe du laboratoire de Biologie moléculaire du centre de génétique de l‟U.L.B à l‟hôpital Erasme.
À Christine, Montsé, Danièle, Bruno, Anne DeLeener et toute l‟équipe du laboratoire de cytogénétique.
À Bernard Dan, simplement mais est-ce suffisant ? Merci.
À Madame Anne Pardou, un exemple.
Aux patients passés, présents et à venir, pour leur confiance et leur courage.
À mes parents, historiquement - et cela devient une histoire qui remonte à des temps certains.
À Michel, de Singapour à Hong-Kong et à Londres, de la pelouse de Grange Road à la terrasse donnant sur Buckingham Palace : si loin mais toujours proche, différemment.
À Sophie, Benjamin, Alexandre, Jérémy, Nathan, Nathan et Daniel : la relève.
À Neville Lachowski infinitésimalement proche.
À Jacques Otten, pour sa rigueur, son regard attentif ; À Yves Degheldre, un ami sûr.
À Marie, évidemment, pour tellement, presque tout.
À Henriette, « et alors, elle en est où ta thèse ? hein », empreinte intimement marquée et heureusement indélébile. Tu es là.
À Caroline, pour ta présence, les mots ou ton silence, toujours appropriés. Pour ton sens aigu de l‟observation, ton intuition, ta détermination, ton courage, ta droiture et ta discrétion, ta justesse et ta cohérence, ta dureté et ta robustesse, selon les
circonstances. Tu m‟as compris depuis longtemps, tu m‟as accepté et notre route est désormais tellement plus riche depuis que nous sommes deux.
Liste des Abréviations
A.D.N. : acide désoxyribonucléique
A.P.T.T. : „Activated Prothrombin time‟ : quantification en secondes de la voie extrinsèque de la coagulation
c. : séquence codante
CAV : canal atrio-ventriculaire
CIA : communication inter-auriculaire CIV : communication inter-ventriculaire
DORV : „double outlet right ventricule‟ – ventricule droit à double issue EGFR : „Epidermal Growth Factor Receptor‟
IGF-1 : „Insulin-like Growth Factor-1‟
IGFBP3 : „Insulin-like Growth Factor Binding Protein-3‟
JMML : Leucémie myélo-monocytaire juvénile QI : Quotient intellectuel
MAP : „Mitogen Activated Protein‟
MGCL : „Multiple Giant Cell lesions‟ – lésions tumorales à cellules géantes NF1 : gène codant pour la neurofibromine
NF2 : gène codant pour la merline p. : séquence protéique
PCR : „Polymerase Chain Reaction‟
PTK : Protéine Tyrosine Kinases PTP : Protéine Tyrosine Phosphatase
RFLP : „Restriction Fragment Length Polymorphism‟
Résumé
Les patients décrits initialement par J. Noonan se ressemblent et ont une cardiopathie congénitale : soit une sténose valvulaire pulmonaire (SVP), soit une persistance du canal artériel. Avant la découverte du premier gène responsable de ce qui est devenu le syndrome de Noonan, cinq études de cohortes décrivant ces patients ont répertorié la prévalence de SVP mais le spectre des cardiopathies semble large, n‟a pas été décrit de manière exhautive et aucune hypothèse n‟est émise ou ne fait de lien entre ces différentes manifestations cardiaques et une compréhension intégrée du développement embryonnaire. Le gène PTPN11 est le premier gène identifié chez 40% de ces patients. Une corrélation existe entre la présence d‟une mutation et la survenue de SVP de même qu‟entre l‟absence de mutation et la présence d‟une cardiomyopathie hypertrophique. Six études de cohortes ont repris la description des mutations identifiées au sein du gène PTPN11 et les phénotypes associés, mais les cardiopathies n‟ont pas été systématiquement ou spécifiquement analysées (tant au sein des groupes de patients porteurs de mutation que de ceux sans mutation). Le syndrome LEOPARD est allélique du syndrome de Noonan depuis que des mutations spécifiques au sein des exons 7,12 et 13 du gène PTPN11 ont été identifiées chez 95% des patients.
Afin d‟appréhender les implications possibles du gène PTPN11 dans la survenue des cardiopathies chez les patients porteurs de ces deux syndromes, nous avons conduit une étude chez 272 patients au syndrome de Noonan et une étude chez 19 patients porteurs du syndrome LEOPARD. Parmi la cohorte de patients atteints du syndrome de Noonan, 104 ont été diagnostiqués porteurs d‟une mutation du gène (38%). Une prévalence de survenue de
patients identifiés porteurs d‟une mutation avec une différence significative pour la SVP, une tendance est relevée pour le canal atrio-ventriculaire et la communication inter-auriculaire de type Ostium Secundum. L‟absence de mutation est corrélée avec la survenue de cardiomyopathie hypertrophique et de cardiopathies du cœur gauche. Parmi les patients atteints du syndrome LEOPARD, il n‟existe pas de différence statistiquement significative pour les patients porteurs d‟une mutation ou non et/ou pour une cardiopathie particulière.
Toutes les mutations identifiées du gène PTPN11 sont des mutations „faux- sens‟. Ce gène appartient à la famille des gènes codant pour une protéine tyrosyl phosphatase, SHP-2, ne possédant pas de récepteur trans- membranaire. Cette phosphatase est impliquée dans la voie de signalisation cellulaire des MAP („Mitogen-activated protein‟) kinases dont l‟expression est ubiquitaire et inclut le coeur. Depuis nos travaux, le concept de syndrome
« neuro-cardio-facio-cutané » est établi puisque, à ce jour, 9 gènes (SOS1, RAF1, BRAF, KRAS, NRAS, HRAS, NF1, SPRED1 et SHOC2), tous impliqués dans la voie de signalisation RAS (voie des MAP kinases) sont identifiés. Un spectre phénotypique existe avec des signes communs mais aussi distinctifs chez les patients présentant le syndrome de Noonan, le syndrome LEOPARD, le syndrome de Costello, le syndrome Cardio-Facio-Cutané (CFC), le syndrome « Noonan-NF1 », le syndrome de Legius et le syndrome
« Noonan/Multiple Giant Cell Lesion ». Nous rapportons enfin l‟observation d‟une patiente atteinte du syndrome CFC et porteuse d‟une mutation (p.R257Q) au sein du gène BRAF ayant développé une cardiomyopathie hypertrophique.
Ces travaux de cohortes de patients au phénotype du syndrome de Noonan, du syndrome LEOPARD et cette dernière description d‟une patiente au
syndrome CFC ont permis de participer à la découverte de l‟implication d‟une voie de signalisation cellulaire dont l‟origine génétique est maintenant démontrée. Les résultats de nos travaux réalisés depuis 2002 auront permis, avec les équipes travaillant sur le même sujet, d‟orienter les investigations et les nouveaux projets de recherche qui étudient spécifiquement le rôle du gène PTPN11 dans l‟embryologie du cœur. Les études des orthologues (zebrafish, murin et Drosophila) porteurs à l‟état hétérozygote d‟une mutation du gène PTPN11 permettent d‟intégrer les anomalies phénotypiques et cardiaques observées. Ces études permettent de postuler les effets cellulaires produits par les mutations chez les patients atteints du syndrome de Noonan et chez les patients atteints du syndrome LEOPARD engendrant in vitro une activation de la phosphatase (effet « gain de fonction ») pour les premiers ou une réduction de l‟activité phosphatase (« dominant négatif ») mais engendrant un effet gain de fonction in vivo. Nous discutons les connaissances acquises, les compréhensions obtenues et intégrées et traçons enfin les perspectives offertes par ces travaux.
PARTIE I : Introduction
Le syndrome de Noonan
1.1.1 Identification du syndrome
En 1963, au départ d‟une cohorte de 835 enfants évalués pour cardiopathie congénitale, Jacqueline A. Noonan et Dorothy A. Ehmke décrivent 9 patients (trois filles et six garçons) se ressemblant tous entre eux et présentant une sténose valvulaire pulmonaire. On retrouve chez ces patients : une petite taille, un retard mental léger, des malformations squelettiques et une cryptorchidie chez les garçons (Noonan 1963). Noonan intitule «Hypertelorism with Turner Phenotype», ce qu‟elle considère être une entité à part entière. La revue de la littérature de l‟époque retrouve plusieurs descriptions comparables, dont le titre est le plus souvent « le syndrome du garçon Turner» („the Male Turner syndrome‟). À la cohorte initiale de 9 enfants, 12 nouveaux patients, dont 5 filles, sont décrits, autorisant J. Noonan à mentionner le fait que ce syndrome touche également les filles. Le visage est remarquablement similaire: tous ont un hypertélorisme, des fentes palpébrales orientées en bas et en dehors (antimongoloïdes), des oreilles bas implantées ainsi qu‟un ptôsis, une micrognathie, des cheveux naturellement bouclés et un cou relativement court. Les déformations thoraciques sont fréquemment retrouvées: pectus carinatum et/ou excavatum (10/19), scoliose et/ou cyphose. D‟autres malformations sont inconstantes: la présence d‟une duplication rénale, d‟un mamelon accessoire, d‟un hémangiome caverneux ou d‟un naevus flameus frontal, d‟une hépato-splénomégalie inexpliquée, d‟une thrombopénie isolée, d‟une hypotonie musculaire et d‟une dislocation congénitale de la tête radiale
(Noonan 1968). Provenant d‟une consultation de cardiologie pédiatrique, tous ces patients sont porteurs d‟une cardiopathie congénitale: 17/19 ont une sténose valvulaire pulmonaire et 2 ont une persistance de la perméabilité du canal artériel. L‟électrocardiogramme révèle une prédominance droite (axes de +150 à + 225°). Tous les garçons et cinq filles (sur sept) ont une taille se trouvant en dessous du 10e percentile. Les trois filles de plus de douze ans ont un retard pubertaire. Le retard mental n‟est pas constant. Deux autres articles publiés dans le même volume décrivent des patients au phénotype analogue sans que ne soit fait de lien avec la description de J. Noonan. Les outils cytogénétiques disponibles alors ne permettent pas d‟identifier d‟anomalie chromosomique à l‟origine de cette entité, hypothèse formulée du fait des ressemblances avec le syndrome de Turner (45,X) (Wright 1968 ; Celermajer 1968).
1.1.2 Description phénotypique détaillée Aspects dysmorphologiques
Même si les premiers patients porteurs de signes cliniques similaires ont sans doute été décrits antérieurement (Kobylinski 1883; Flavell 1943; Fraccaro 1961;
Futterweit 1961), Summitt et al. proposent de donner l‟éponyme de
« syndrome de Noonan » à ces patients se distinguant du syndrome de
« Ullrich-Turner » (Summitt 1965). En 1981, Duncan et al. créent un outil d‟évaluation (score) reprenant les caractéristiques du phénotype basé sur l‟analyse de 25 patients: les histoires prénatale et périnatale sont similaires à celles de la population générale mais les croissances staturale et pondérale évoluent en moyenne entre les percentiles 14 et 22. Les analyses anthropométriques montrent un raccourcissement de la longueur du visage de
même qu‟un raccourcissement horizontal et maxillaire. Tous les patients présentent une modification de l‟étage moyen : nez court avec racine déprimée, pointe nasale et ailes narinaires élargies. Dix-huit patients (sur 23) ont une sténose valvulaire pulmonaire. Dix enfants présentent un retard de développement. Le modèle mathématique construit répertorie vingt-six critères et permet de poser le diagnostic de syndrome de Noonan chez un patient si au moins vingt critères sont présents. Le total obtenu est un chiffre s‟exprimant en pourcent. Si le score est entre 50 et 59%, le diagnostic de syndrome de Noonan est suggestif ; le diagnostic devient certain si le score est supérieur ou égal à 60% (Duncan 1981). Ce score, trop complexe à mettre en œuvre, n‟est pas utilisé en pratique. Ses valeurs prédictives (positive ou négative) n‟ont pas été réévaluées à la lumière des connaissances des gènes responsables du syndrome (Les maladies de la voie RAS – Section 1.2). Un score simplifié selon deux catégories de critères a été élaboré par Van der Burgt et al. et est repris dans le tableau ci-dessous. Le diagnotic est retenu chez un patient lorsque le visage est typique et que l‟on trouve 1 crière majeur (colonne A) ou 2 critères mineurs (colonne B) ; lorsque le visage est évocateur et que 2 critères majeurs (colonne A) sont présents ou 3 critères mineurs (colonne B).
Critère Majeur (A) Mineur (B)
Dysmorphie Typique Évocateur
Cardiopathie Sténose pulmonaire /
ECG caractéristique Autre cardiopathie Taille (Déviation
Standard) <-2 DS < -1 DS
Thorax Typique Large
Antécédent 1 parent atteint 1 parent évocateur
Autres
Retard Mental, Cryptorchidie Lymphoedème
1 parmi les 3
Ce score, quoi que n‟ayant jamais été validé, est celui qui reste utilisé par les cliniciens pour leur permettre d‟asseoir le diagnostic phénotypique de syndrome de Noonan chez un patient (Van der Burgt 1994).
Les généticiens cliniciens ont appris que l‟âge module le phénotype des patients pour de nombreux syndromes. Cette situation s‟applique au syndrome de Noonan. Sharland et al. étudient la croissance du visage avec pour objectifs de quantifier les modifications liées à l‟âge : seule l‟implantation en position basse des oreilles est plus typiquement associée (Sharland, Burch et al. 1992 ; Sharland, Morgan and Patton 1993). L‟impression générale du visage dans la petite enfance évoque parfois un aspect infiltré justifiant la recherche d‟une maladie de surcharge. L‟existence d‟un phénotype normal à l‟âge adulte ne permet pas d‟exclure le diagnostic de syndrome de Noonan chez un patient (Allanson 1989).
Aspects relatifs aux croissances staturale et pondérale
La petite taille fait partie de la description originale. Depuis, de nombreuses études ont été menées. La première étude de cohorte compte 112 enfants: les paramètres de naissance pour les deux sexes sont aux limites inférieures de la normale et la croissance se caractérise par un décrochage apparaissant vers l‟âge de trois mois de vie. Aucune période de récupération significative ou de décrochage supplémentaire n‟est mesurée. Le retard pubertaire enregistré permet un rattrapage partiel de la taille en fin de croissance. La taille finale à l‟âge adulte est de 150.5 cms (n=19) pour la fille et de 161.0 cm pour le garçon (n=18). Ces auteurs publient les premières courbes de croissance spécifiques pour les patient(e)s porteur(-se)s du syndrome (Witt 1986). Dans une seconde étude; la taille finale est de 152.7 cms pour la fille (n=18) et 162.5 cms pour le
(44 femmes et 29 hommes) que, chez la femme, la taille finale est inférieure au percentile 3 dans 54% et ≥ au percentile 10 dans 32% ; chez l‟homme, celle-ci est inférieure au percentile 3 dans 38% des cas et ≥ au percentile 10 dans 31%
des cas (Noonan 2003). Enfin, au sein d‟une quatrième cohorte, les patients sans traitement subsitutif à l‟hormone de croissance ont une taille médiane finale, chez la femme, de 153.3 cms (n=25) et, chez l‟homme, de 169.8 cms (n=18). Les auteurs ajoutent que la puberté spontanée survient en moyenne à l‟âge de 14 ans chez la fille, à l‟âge de 14 ans et demi chez le garçon et qu‟une induction hormonale est nécessaire dans 6% des cas (Shaw 2007). L‟étude de la cohorte de Ranke et al. apporte des informations complémentaires : les poids et tailles de naissance ne diffèrent pas de la population générale ; la croissance staturale suit les courbes du percentile 3 de la naissance à l‟âge de 10 ans chez la fille et de la naissance à l‟âge de 12 ans chez le garçon ; le pic de croissance indicateur de la puberté survient 2 ans plus tard que la population générale ; l‟âge osseux est toujours retardé et la mesure du périmètre crânien est dans les limites de la normale pour la fille à tout âge alors qu‟un certain degré de microcéphalie peut apparaître chez le garçon (Ranke 1988).
L‟effet du traitement substitutif à l‟hormone de roissance a été envisagé dans plusieurs études. Certaines tiennent compte du génotype, d‟autres pas. Parmi les travaux plus récents, on peut citer les résultats d‟une étude japonaise de patients porteurs d‟une mutation du gène PTPN11 : la vitesse de croissance est avant traitement : de 4.8 +/- 1.0 cm/an ; durant le traitement : de 7.0 +/- 1.2 cm/an et entre 12 et 24 mois après traitement : de 5.5 +/- 0.6 cm/an (Ogawa 2004). Plusieurs études tentent d‟expliquer les mécanismes à l‟origine des troubles de la croissance et/ou les effets du traitement substitutif à l‟hormone de croissance chez ces patients : le traitement à l‟hormone de croissance augmente la vitesse de croissance les deux premières années puis l‟effet s‟estompe ; lors des tests de provocation, la production d‟hormone de croissance n‟est pas altérée et les taux sériques mesurés d‟IGFBP3 restent
normaux mais les taux d‟IGF-1 sont plus bas (Ahmed 1991 ; Romano 1996 ; Yoshida 2004 ; Ferreira 2005 ; Binder 2005 ; Noonan 2006). Une étude prospective multicentrique de l‟effet du traitement de 35 patients porteurs du syndrome de Noonan avec retard de croissance (patients ayant une croissance
< - 2 déviations standard ; 25 patients sont « pré-pubères ») : avant traitement : tous les patients présentent des concentrations sériques d‟IGF-1 à la limite inférieure de la normale et des concentrations d‟IGFBP-3 normales ; après un an de traitement : ces deux concentrations apparaissent à des taux significativement supérieurs à ce qu‟ils étaient initialement. La vitesse de croissance la première année est significativement accrue pour les patients du groupe « pré-pubère » (Limal 2006 ; Walton-Betancourth 2007). Enfin, même si les patients porteurs du syndrome de Noonan peuvent présenter un retard pubertaire, des troubles de fertilité ne sont pas décrits chez la fille alors qu‟ils peuvent survenir chez le garçon porteur d‟une cryptorchidie.
Une étude récente de l‟effet du traitement substitutif - cohorte de 22 patients au syndrome de Noonan identifiés porteurs ou non d‟une mutation du gène PTPN11 - révèle (alors que la taille moyenne avant traitement est de -4.1 DS à -1.8 DS), que le gain moyen de croissance est de +1.3 DS. Ce gain se révèle ne pas être différent entre le groupe de patients porteurs d‟une mutation et le goupe de patients non porteurs d‟une mutation (Noordam 2008).
Ces éudes restent d‟interprétation difficile. Le traitement par la GH est démontré ayant un effet évident à court terme. La prudence du recours au traitement substitutif à l‟hormone de croissance s‟impose chez les patients porteurs du syndrome de Noonan avec cardiomyopathie hypertrophique. Une étude randomisée démontrant la persistance de cet effet à l‟âge adulte reste toutefois à faire.
Aspects cardiaques
J. Noonan a identifié au sein de sa clinique de cardiologie infantile, la cohorte de patients développant ce qui allait devenir le „syndrome de Noonan‟.
Depuis, de nombreuses études permettent de définir les affections cardiovasculaires présentées par ces patients. Sharland et al. observent que chez les patients phénotypiquement „typiques‟ du syndrome, l‟échocardiographie permet d‟identifier une sténose valvulaire pulmonaire chez 63% d‟entre eux (81/128); une cardiomyopathie hypertrophique chez 17% (22/128); un défaut septal chez 6% (8/128) et se révèle normale dans 10%
des cas (13/128). Parmi le sous-groupe de forme „suspecte‟ de syndrome de Noonan (19 patients) : 17 ne présentent pas de cardiopathie et chez 88 patients au phénotype normal, le bilan cardiovasculaire ne révèle pas de cardiopathie (Sharland 1993). Burch et al. rapportent les résultats de patients dont le phénotype était évalué par l‟intermédiaire de la „Noonan Syndrome Society‟
anglaise : parmi 145 patients, 118 ont le phénotype du syndrome de Noonan : 27% présentent une anomalie valvulaire pulmonaire (dysplasique pour 7% et sténosante sans dysplasie pour 20%) ; l‟hypertrophie septale du myocarde est identifiée dans 25% des cas; les défauts de septum (soit inter-ventriculaire soit inter-auriculaire) représentent 13.1% des cas; les anomalies de type canal atrio- ventriculaire ne sont retrouvées que dans 0.8% des cas (Burch 1993). Les résultats de cette large cohorte ne correspondent pas aux observations extraites des cohortes de patients porteurs du syndrome de Noonan connues jusqu‟alors (particulièrement : incidence beaucoup plus élevée d‟atteinte de la valve pulmonaire, d‟atteinte de la région atrio-ventriculaire et l‟incidence moins élevée de cardiomyopathie hypertrophique) et cette publication n‟apporte pas de compréhension nouvelle comme le mentionne la conclusion de l‟article: „la haute incidence des anomalies cardiaques confirme l‟importance d‟une évaluation complète des patients avec phénotype Noonan‟.
Parallèlement aux patients avec syndrome de Turner ayant comme cardiopathie prévalente une coarctation de l‟aorte, Digilio et al. – au sein d‟une cohorte de 184 patients avec syndrome de Noonan - ne retrouvent la présence de cette cardiopathie que dans 8.7% des cas. Les signes phénotypiques retrouvés sont : l‟orientation anti-mongoloïde des fentes palpébrales, les oreilles basses et dysplasiques (100%), un hypertélorisme (86%), un ptôsis et un épicanthus (31%). En plus sont notés : les mamelons écartés, un cou court et/ou un pterygium colli (81%); un pectus excavatum (75%), une macrocéphalie (69%), une cryptorchidie (36%) (Digilio 1998). Dans une étude plus large (157 patients), Marino B. et al. rapportent les prévalences d‟une sténose valvulaire pulmonaire primitive dans 38.9% des cas; d‟un canal atrio- ventriculaire dans 15.4%, d‟une cardiomyopathie hypertrophique dans 9.5%
des cas; d‟une coarctation de l‟aorte dans 8.8% des cas et d‟un défaut septal auriculaire (communication inter-auriculaire type ostium secundum) dans 8%
des cas. La persistance de l‟ouverture du canal artériel, décrite par Noonan chez 2 des patients de la cohorte originale, n‟est retrouvée que dans 2% des cas. Cette étude a l‟intérêt de souligner l‟étendue du spectre des cardiopathies associées au syndrome de Noonan en mentionnant la haute prévalence de l‟atteinte des structures droites du cœur (de type canal atrio-ventriculaire) (Marino 1999).
Sur le plan électrophysiologique, les patients ayant un syndrome de Noonan ont habituellement, quelle que soit la cardiopathie sous-jacente, une déviation axiale droite, des ondes R de petite amplitude dans les dérivations précordiales, un complexe QRS plutôt large et des anomalies variables de dépolarisation (onde Q). (Noonan 1968 ; Bertola 2000 ; Croonen 2008 ; Raaijmakers 2008). Enfin, le suivi à long terme des patients permet de noter que 30% d‟entre eux développeront à l‟âge adulte des problèmes cardiaques nécessitant un traitement médical pour défaillance cardiaque (hypertension
l‟aorte ascendante ou du sinus de Valsalva) ou un traitement chirurgical pour arythmies ou dysrythmie (pace-maker et/ou défibrillateur) (Shaw 2007 ; Allanson 2007). Il n‟existe pas encore de données disponibles du devenir cardiovasculaire chez les patients au syndrome de Noonan selon la nature de la mutation et le gène de la voie RAS identifiés.
Aspects hématologiques
Dans les deux premières descriptions, une seule patiente développe une thrombopénie isolée et inexpliquée (Noonan 1968). Des anomalies hématologiques sont associées au syndrome : tendance au saignement (nasal, saignement dentaire, laryngée,…), allongement de l‟A.P.T.T, thrombopénie, dysfonction plaquettaire, déficit isolé en facteur de coagulation (déficit prévalent en facteur XI) : tous ces désordres peuvent apparaître isolément ou en association et sont habituellement peu sévères (Allanson 1987 ; de Hann 1988; Witt 1988; Sharland 1992; Bertola 2003). Leur incidence varie de 20% à 70% (Kitchens 1983; de Hann 1988; Witt 1988; Sharland 1992; Bertola 2003).
Leur dépistage devrait faire partie de la prise en charge de patients porteurs du syndrome afin éviter la survenue de complications lors d‟actes chirurgicaux (Festen 1980). Enfin, il existe une association entre le syndrome de Noonan et la survenue de leucémie myélo-monocytaire juvénile (JMML) (Bader-Meunier 1997). Nous y reviendrons dans la Section 1.5.6.
Anomalies associées
Plusieurs anomalies sont associées au syndrome de Noonan (Noonan 1963 ; Noonan 1968 ; Allanson 1987 ; Allanson 2007). Un seul article reprend les investigations abdominales chez quarante-quatre patients au phénotype du syndrome : l‟incidence des anomalies rénales varie de 0 à 60% (11% présentent
un syndrome de jonction) ; 52% présentent une splénomégalie et 14% une hépatomégalie, inexpliquées (George 1993). Les anomalies orthopédiques décrites ne sont pas l‟objet d‟études systématiques. Une analyse du profil radiologique de la région métacarpo-phalangienne identifie un raccourcissement des métacarpiens et des phalanges (Butler 2000). Ces aspects iconographiques ne sont pas reliés à un mécanisme osseux ou anatomique intégrant une meilleure compréhension du syndrome et ne sont pas utilisés en clinique.
Aspects développementaux
Les patients porteurs du syndrome de Noonan peuvent présenter des profils psychologiques distincts et/ou un retard global de développement. Noonan mentionne dans son observation originale : « un retard mental léger, les facettes de personnalités et l‟acquisition des compétences sont, semble-t-il, plus complexes » (Noonan 1968). La première grande cohorte (151 patients) révèle que 11% des enfants doivent bénéficier d‟un enseignement spécial et présentent un discret retard des acquisitions motrices (Sharland 1992). Au sein d‟une cohorte de 21 enfants, le comportement moteur général des enfants est décrit comme étant „maladroit‟ avec des troubles aspécifiques de la coordination, des épisodes d‟agitation, de l‟irritabilité, des problèmes de communication et jusqu‟à 50% des patients doivent bénéficier d‟un environnement et/ou d‟une aide psychiatriques (Wood 1995). van der Burgt et al. évaluent de façon beaucoup plus détaillée 35 enfants au syndrome de Noonan phénotypiquement répartis en forme sévère ou modérée (âge moyen : 12.4 ans): 43% doivent suivre un enseignement spécial; 34% présentent un quotient intellectuel (QI) normal; 23% ont un retard mental. De manière détaillée: le QI varie de 48 à 130 avec un rapport de Performance/Verbal de
n‟existe pas un profil unique, certaines caractéristiques du comportement sont soulignées: difficultés d‟organisation d‟informations perceptuelles, de connaissance et d‟orientation spatiales, de préparation d‟activités, de mémorisation et de concentration. Des compétences supérieures sont soulignées pour la compréhension verbale, le raisonnement non verbal, le travail de synthèse, les capacités visuelles, le raisonnement abstrait, la perception des jugements sociaux (van der Burgt 1999; Sarimski 2000; Lee 2005; Verhoeven 2008). Les étapes du développement sont caractérisées par un retard d‟acquisition de la marche : celle-ci n‟apparaît qu‟à 21.6 mois (variance : 13 à 48 mois) et un retard de langage : les deux premiers mots de phrases ne sont prononcés qu‟à 32.7 mois (variance : 12 à 66 mois). 46% présentent des troubles comportementaux : une impulsivité motrice et émotionnelle et un état hyperactif (Sarimski 2000). Une étude rapporte des troubles comportementaux chez 92% des enfants et des troubles de coordination motrice dans 51% des cas, sans qu‟il ne soit noté de différence dans les scores « d‟estime de soi » (par rapport à des enfants de même âge de la population générale). Les auteurs concluent que 75% des patients ne présentent pas de difficultés d‟apprentissage, que des troubles sévères sont rares; que le QI moyen est de 85-90 et que certains patients présentent davantage d‟aptitudes dans des domaines non verbaux (Lee 2005). Une cohorte anglaise de107 patients suivis sur 10 ans permet de mettre en évidence que 27% ont dû être orientés vers un enseignement spécial ; que parmi les 73% ayant suivi l‟enseignement normal, 20% ont eu besoin d‟un soutien ; en fin de parcours, 16% n‟obtiennent pas de qualification (comparativement à un taux de 14% dans la population générale) et 16% obtiennent une qualification supérieure (comparativement à un taux de 25% dans la population générale) (Shaw 2007).
L‟existence de profils psychologiques voire psychiatriques spécifiques a été étudiée au sein d‟un groupe de patients adultes (> 16 ans) : aucun patient n‟atteint des évaluations entrant dans les catégories de comportements
psychiatriques du DSM IV pour les déficits d‟hyperactivité et d‟attention. Il se dégage une tendance aux troubles émotionnels et, en particumier, àl‟incacité à exprimer ses émotions, ou à les percevoir chez les autres (alexithymie), qui peuvent embarrasser leur relations sociales. Les auteurs concluent que les patients au phénotype du syndrome de Noonan ont une personnalité amicale, ils sont coopératifs et semblent animés par une volonté de plaire („désirabilité sociale‟) (Verhoeven 2008).
Épidémiologie
Jusqu‟en 2001, le syndrome de Noonan est décrit comme une affection autosomique dominante (Sharland 1993). L‟incidence rapportée varierait de 1/1.000 à 1/5.000 naissances (Nora 1974 ; Allanson 1987) ; celle habituellement retenue de 1/2.000 résulte d‟extrapolations et non d‟études épidémiologiques rigoureuses. Le conseil génétique repose sur le risque de récidive associé au mode de transmission autosomique dominant et au suivi échographique de grossesse(s) de parents ayant donné naissance à un enfant porteur du syndrome de Noonan. Sharland et al. rapportent que parmi les 102 mères et les 80 pères d‟enfants avec tableau de syndrome de Noonan, huit et deux ont développé une cardiopathie, respectivement. 31% des patients possèdent sans doute une forme familiale (signes frustes chez un parent) et pour 14%, un parent est typiquement identifié comme ayant le syndrome. Dans la forme sporadique, un âge parental avancé ne semble pas corrélé à un risque accru d‟apparition du syndrome. Il n‟est pas retrouvé de cardiopathie chez les apparentés (fratrie ou parent des enfants atteints), s‟il n‟y a pas de signe clinique évocateur. Un risque de récidive empirique de 5% est donné pour un couple non atteint ayant déjà donné naissance à un enfant porteur du syndrome de Noonan. Lorsque ces auteurs étudient la place des enfants dans
second dans 32%, un troisième dans 15%, un quatrième dans 6% et un cinquième dans 3% des cas (Sharland 1993 ; Noonan 1999). De rares patients issus d‟unions consanguines sont décrits mais il n‟est pas prouvé que ces familles représentent véritablement une forme répondant au mode d‟hérédité autosomique récessive (van der Burgt 2000) (Section 1.7.6.1).
La stratégie et le diagnostic prénatal moléculaires de syndrome de Noonan pour tout fœtus avec clarté nucale et cardiopathie ne sont pas établis : même si ils peuvent être le sujet d‟une discussion, la recherche de mutation n‟est pas réalisée pour un cas sporadique du fait :
1) des difficultés pratiques que représentent le séquençage des gènes impliqués dans le syndrome de Noonan (et des syndromes apparentés) dans le délai imposé par la grossesse
2) de l‟impossibilité d‟extrapoler le résultat moléculaire à une expression phénotypique précise
3) de la sensibilité insuffisante de la méthode (qui ne dépasserait pas 80%).
En cas de forme familiale avec mutation connue, le diagnostic prénatal demeure éthiquement délicat du fait du caractère non prédictif des tests de biologie moléculaire. Dans le cas d‟une demande de diagnostic prénatal, la discussion se fera au cas par cas, gardant en tête la variabilité d‟expression intra-familiale, le vécu de la famille concernée - contexte d‟un apparenté et/ou fratrie atteint du syndrome de Noonan avec phénotype +/- sévère).
Le conseil génétique s‟est considérablement précisé grâce aux connaissances acquises à partir des travaux de biologie moléculaire.
1.2 Les maladies de la voie RAS
Il est maintenant établi que le syndrome de Noonan (Partie 1.1 ; Section 1.5.1 et Section 1.7.1) et les syndromes LEOPARD (Partie 1.4 ; Section 1.5.1 et Section 1.7.1), de Costello (Section 1.7.2), CFC (Section 1.7.3), la neurofibromatose de type 1 (Section 1.7.5) et le syndrome de Legius (lié à une mutation du gène SPRED1 (Section 1.7.5.3) appartiennent à la famille des maladies de la voie RAS.
RAS est un membre de la super famille des petites protéines G. Cette famille complexe est subdivisée en plusieurs groupes. La famile des génes p21RAS compte 3 paralogues : HRAS, KRAS et NRAS, codant pour 4 protéines distinctes HRAS, NRAS, KRAS4A et KRAS4B (les 2 dernières issues de l‟épissage alternatif du dernier exon de KRAS). D‟autres gènes de la superfamille ont une séquence moléculaire proche : R-RAS, TC21 (ou R-RAS2), M-RAS, Rap1A, Rap1B, Rap2A, Rap2B, RalA et RalB (Aoki 2008).
RAS fait partie des GTPases monomériques d‟un poids moléculaire d‟environ 21 kDalton. RAS subit une importante transformation post-traductionnelle (farnésylation) qui lui permet de se localiser à la membrane. RAS existe sous 2 formes alternatives : une forme inactive, lorsqu‟il est lié à une guanosine diphosphate (GDP) et une forme active, lorsqu‟il est lié à une guanosine triphosphate (GTP). Le passage de la forme active requiert l‟intervention de protéines spécifiques appelées „GEF‟ (« GTP exchange factors »), susceptibles d‟échanger un GDP contre un GTP. Grâce à l‟activité GTPasique intrinsèque de RAS, le retour à l‟état inactif de RAS est spontané. Cette activité GTPasique est toutefois accélérée par des protéines appelées „GAP‟ (protéines activatrices de GTPase) Les protéines RAS constituent des médiateurs essentiels pour de nombreuses voies de signalisation relayant à l‟intérieur de la cellule, à partir de récepteurs de surface cellulaires, des stimuli extra-cellulaires. L‟activation
des protéines RAS requiert le plus souvent l‟activation, en amont, de récepteurs tyrosine kinases (RTK), de récepteurs couplés aux protéines G hétérotrimèriques, de récepteurs aux cytokines, de canaux calciques ou d‟intégrines (Figure 1). Deux récepteurs monomériques RTK, en présence de son ligand, se dimérisent puis subissent une autophosphorylation créant des sites reconnaissables par des protéines intracellulaires. Cette activation du récepteur est transitoire : la disparition du ligand, la dégradation et/ou l‟endocytose du récepteur et/ou sa déphosphorylation par des phosphatases spécifiques concourrent à son inactivation. RTK phosphorylé (devenant activé) recrute en particulier la protéine GRB2 qui se lie au récepteur par son domaine SH2. GRB2 recrute au niveau de la membrane et grâce à son domaine SHP3, la protéine SOS1. SOS1 est une „GEF‟. Cette activation peut être inhibée par les protéines de la famille Sprouty qui se lient à GRB2. SOS1 stimule à ce niveau l‟échange de GDP contre du GTP. Outre SOS1, d‟autres „GEF‟ sont maintenant identifiés : RAS guanine releasing factor (RASGRF) et RAS guanine-releasing protein (RASGRP). Ces facteurs peuvent être activés par d‟autres voies de signalisation que celles liées à RTK. Le retour à la forme inactive de RAS est médié par plusieurs GRFs. La plus connue est la neurofibromine (NF1). Les protéines cibles de RAS activé comprennent les kinases : RAF, PI-3 kinase, RalGDS, p120 GAP, MEKK1, Rin1 et la phospholipase C epsilon (Figure 1 ; Figure 2). Cette voie « RAS - RAF » semble être la principale voie impliquée chez les patients au syndrome de Noonan : RAS activé déclenche une activation, en cascade, de la voie des MAP kinases (Mitogen-Activated Protein kinase). Cette activation comporte 3 niveaux de kinases successives : MAPKKK (MAP kinase kinase kinase), MAPKK (MAP kinase kinase) puis MAP Kinase (MAPK). Le premier niveau est constitué par les MAPKKK du groupe des sérine-thréonine RAF kinases : RAF-1, BRAF et CRAF. Les RAF activées activent, en les phosphorylant, des MAPKK : MEK1 et MEK2. MEK1 et MEK2 qui phosphorylent les MAPK, ERK1 et ERK2, codées
par les gènes MAPK3 et MAPK1 (Aoki 2008 ; Schubbert 2007 ; Takai 2001) (Figure 1 ; Figure 2 et Figure 5). ERK a deux actions : d‟une part il peut activer d‟autres protéines cytoplasmiques (telle RSK2) ; d‟autre part, après migration dans le noyau, il active des protéines nucléaires (en particulier des facteurs de transcription, tels Elk et SAP). Ainsi, la voie RAS sert d‟amplificateur de signal permettant à l‟activation de RAS de déclencher des modifications de l‟expresion de gènes multiples et pas encore totalement identifiés.
La cascade de transduction RAS/MAPK est largement étudiée du fait de son implication dans la survenue de cancers (oncogénèse) et, en physiologie, dans la régulation de la prolifération, de la différenciation et de la survie cellulaires (Schubbert 2007). Toutefois, la compréhension intime des mécanismes par lesquels des mutations constitutionnelles (par opposition aux mutations somatiques) induisent la survenue de syndromes aux manifestations cliniques analogues demeure incomplète. Afin de permettre une description précise de cette cascade et de définir les entités cliniques qui lui sont reliées, les auteurs parlent désormais de maladie de la « voie RAS » pour présenter ces différents syndromes (Nava 2007 ; Denayer 2007 ; Denayer 2008 ; Aoki 2008) (Figure 2).
1.3 Difficultés nosologiques et émergence du concept de « syndrome neuro-cardio-facio-cutané »
Les distinctions phénotypiques entre les différents syndromes peuvent être très ténues. Les signes distinctifs sont plus marqués et caractéristiques dans la petite enfance pour le syndrome de Noonan alors qu‟ils deviennent pathognomoniques avec l‟avance en âge pour les patients porteurs du syndrome LEOPARD (surdité, troubles de la conduction et lentiginose) ; pour les patients porteurs du syndrome de Costello (retard, difficultés alimentaires
majeures, papillomatose, anomalies orthopédiques des membres inférieurs, déviation cubitale des mains, cutis laxa, tachyarythmie) et pour les patients présentant le syndrome CFC (incidence accrue des retards de développement psychomoteur, intellectuel, de croissance et hyperkératose et hypotrichose).
Cette perception clinique couplée aux connaissances des gènes de la voie RAS permet de considérer une continuité moléculaire entre ces syndromes (Nava 2007 ; Narumi 2007). Afin de rendre compte de cette cascade de voie de signalisation, le concept de syndromes « neuro-cardio-facio-cutané » a été utilisé afin de regrouper sous un même terme les patients aux manifestations syndromiques incombant à une modification sur un des éléments de la voie RAS et de décrire les connaissances intégrées des cohortes de patients au phénotype similaire (Denayer 2007). Nous détaillerons chaque syndrome et la compréhension des fonctions de chaque composant de cette voie de signalisation.
1.4 Le syndrome L.E.O.P.A.R.D
1.4.1 Identification du syndrome
Ce syndrome intitulé originellement „ Multiple Lentigines syndrome’ a été décrit en 1969. Cet acronyme définit les patients présentant des Lentigines multiples, des troubles de la conduction Électro cardiographique, un hypertélorisme Oculaire, une sténose valvulaire Pulmonaire, des Anomalies génitales, un Retard de croissance et une « Deafness » - surdité neurosensorielle. Ce syndrome est autosomique dominant. Dans l‟article princeps, il est fait mention du fait que l‟examen des apparentés pourrait permettre de préciser les manifestations plus discrètes du syndrome et qu‟il demeure difficile d‟en
préciser les limites exactes en l‟absence de test(s) clinique(s) objectif(s) (Gorlin 1969).
1.4.2 Description phénotypique
Pour poser le diagnostic de syndrome LEOPARD chez un patient, celui-ci doit présenter des lentigines et au moins deux des signes cliniques suivants : des troubles de la conduction cardiaque, des symptômes cardiaques, une surdité, des troubles endocrinien, neurologique ou psychiatrique, un retard de croissance, une dysmorphie crâniofaciale et des anomalies squelettiques. En l‟absence de lentigines, un patient doit alors présenter trois signes cliniques parmi ceux répertoriés ci-dessus et avoir un apparenté du premier degré porteur de signes du syndrome (Voron 1976). L‟expressivité est variable: le retard mental, s‟il est présent, est souvent léger. Les lentigines (cervicales ou dorsales) sont fréquentes, parfois accompagnées de larges taches pigmentaires (« large dark café-noir spots »). La présence d‟une cardiopathie (sténose pulmonaire, sténose sous valvulaire aortique, cardiomyopathie hypertrophique progressive) et des troubles de conduction intracardiaque est fréquente (Walther 1966). Du fait de l‟existence de lésions cutanées, de cardiopathies et des troubles du développement, les diagnostics différentiels des patients au phénotype du syndrome LEOPARD sont le syndrome
„Noonan-NF1‟ (Partie 1.7.5.1) et le syndrome de Noonan. Alors que la présence des lésions cutanées peut faire évoquer le diagnostic de génodermatose, il est démontré que le syndrome LEOPARD n‟est pas allélique de la neurofibromatose de type 1 (Charrow 1993).
1.5 PTPN11 : premier gène des syndromes de Noonan et LEOPARD
1.5.1 Identification du gène PTPN11
Les premières équipes qui ont tenté d‟identifier un gène responsable du syndrome de Noonan ont postulé que ce gène pourrait être le gène NF1 (chromosome 17q), le gène NF2 (chromosome 22q) ou un gène situé à proximité de ceux-ci du fait des similitudes phénotypiques des patients au syndrome de Noonan et ceux ayant l‟une ou l‟autre de ces génodermatoses que sont les neurofibromatoses de type 1 ou de type 2. Par des études de liaison, ces loci ont été exclus (lod score négatif pour les deux loci et pour les régions chromosomiques adjacentes) (Sharland 1992 ; Brunner 1993 ; Flintoff 1993). Par la technique de criblage large du génome, au départ d‟une grande famille de patients atteints sur 3 générations, Jamieson et al. localisent une région d‟intérêt en 12q22-qter, région qu‟ils intitulent „NS1‟. Ils rapportent également l‟existence d‟une hétérogénéité génétique puisque la liaison n‟est pas retrouvée pour d‟autres familles développant le phénotype caractéristique du syndrome (Jamieson 1994). Legius et al. réduisent la taille de la région de la liaison à un intervalle de 5cM (Legius 1998). Tartaglia et al. identifient le gène PTPN11, comme candidat a priori puisqu‟il est localisé en 12q24.1 (entre les marqueurs microsatellites D12S84 et D12S79) et que le produit de ce gène, SHP-2, agit au cours du développement embryonnaire sur les voies de signalisation contrôlant les processus de traduction intra-cellulaires pouvant affecter la formation des valves semi-lunaires cardiaques. Par séquençage direct et bi-directionnel des 16 exons et des régions jonctionnelles intron-exon de ce gène, la première famille de patients est identifiée porteuse d‟une substitution en position 214 dans l‟exon 3. Cette mutation c.214G>T prédit une substitution d‟un résidu Alanine en Serine (A72S). Ce résultat est confirmé
chez les patients atteints de cette famille par technique RFLP („restriction fragment length polymorphism‟) et par PCR („Polymerase chain reaction‟).
Cette mutation n‟est pas retrouvée chez les individus non atteints de la famille. Cette substitution n‟est pas retrouvée parmi plus de 200 chromosomes contrôles (c‟est-à-dire issus de la population générale et de même origine ethnique). L‟étude de la seconde famille identifie la présence d‟une mutation en position 236 dans l‟exon 3. Cette mutation c.236A>G engendre une substitution d‟une Glutamine pour une Arginine (Q79R) altérant un résidu hautement conservé du domaine N-SH2. Ces découvertes établissent que le gène „NS1’ est PTPN11 (Tartaglia 2001).
Le syndrome LEOPARD est identifié comme allélique du syndrome de Noonan depuis que des patient(e)s au phénotype caractéristique ont été identifié(e)s porteur(se)s de mutations des exons 7 et 12 du gène PTPN11 (Legius 2002 ; Digilio 2002). On le sait aujourd‟hui, toutes les mutations identifiées chez les patients au syndrome LEOPARD associé à PTPN11 sont localisées dans les exons 7, 12 et 13, correspondant au domaine catalytique PTP. La modification de la structure ou de la fonctionnalité de ce domaine serait donc responsable d‟effets spécifiques distincts des mutations localisées dans d‟autres domaines du gène. Au départ d‟orthologues murins (mutation domaine „PTP‟ chez souris PTPN11), des études d‟expression de la voie de signalisation des récepteurs tyrosine kinases démontrent qu‟aucun des mutants n‟est en mesure de développer une activité catalytique „PTP‟. Ce qui est identifié est une diminution du niveau d‟activité basale. L‟expression de ces mutants produit une inhibition de l‟activation des protéines Erk. Les mutations retrouvées chez les patients porteurs du syndrome LEOPARD sont responsables d‟activités catalytiques déficientes dites mutations effet
„dominant négatif‟ (effet opposé à ce qui est mis en évidence pour les mutations affectant les autres domaines du gène et retrouvées chez les
patients porteurs du syndrome de Noonan - gain de fonction) (Kontaridis 2006).
Comment des mutations activatrices („gain de fonction‟) et inactivatrices („dominant négatives‟) peuvent être responsables de phénotypes similaires ? Les premières réponses avancées sont que les mutations exerceraient leurs effets sur plusieurs récepteurs et à différents moments au cours du développement. Des effets différenciés expliqueraient les retentissements sur les nombreux intermédiaires impliqués dans les voies des tyrosines kinases, elles-mêmes impliquées dans les processus complexes de prolifération, de différenciation et de transformation mésenchymateuses. (Kontaridis 2006 ; Martinelli 2008). Une réponse complémentaire mentionne que l‟orthologue Zebrafish Gα 12/13 et Wnt11 (Rok2) peut induire des actions tantôt activatrices, tantôt inactivatrices avec en bout de ligne un phénotype identique (Lin 2005). Les travaux conduits par Jopling et al. sur le modèle de Zebrafish ont créé deux mutations spécifiques „pertes de fonction‟ (effet dominant négatif). Ces auteurs démontrent que les deux mutations induites n‟agissent pas en synergie et chacune produit un phénotype identique. L‟interprétation serait qu‟il existe un „champ d‟activité‟ pour chacun de ces facteurs dépendant de ces voies de signalisation et que si l‟activité globale quitte ce champ, les phénotypes produits seraient similaires (Jopling 2007). Tous ces effets et les premières explications dérivent de travaux et d‟expériences in vitro ou ex vivo.
L‟étude in vivo chez l‟orthologue de la Drosophile corkscrew porteur d‟une mutation à l‟effet biochimique mesuré in vitro comme étant dominant négatif (diminution de l‟activité de la phosphatase) apporte un début d‟explication très convaincant : Oishi et al. démontrent que l‟expression ubiquitaire des allèles mutés responsables du phénotype du syndrome LEOPARD (exemple mutation c.836A>G ou p.Y279C) induit un phénotype gain de fonction analogue à celui produit par les mouches transgéniques produisant le phénotype du syndrome de Noonan ! Au cours de ces mêmes travaux, il est
démontré que l‟ampleur des manifestations phénotypiques est fonction de l‟activité résiduelle de la phosphatase. Ainsi, comparativement au modèle sauvage, les mouches transgéniques cswY279C développent des veines ectopiques sur leurs ailes et présentent des modifications du phénotype des photorécepteurs („rough eye‟), entre autre élément objectivé (Oishi 2009).
Il semble pratiquement acquis que les mutations « inactivatrices » (mesurés par leur effet sur les capacités de déphosphorylation) du gène PTPN11 conduisent néanmoins à une « activation aberrante » de la voie RAS comme le montre la mise en évidence de mutations du gène RAF1, „activatrices‟ chez certains patients au syndrome LEOPARD. Pour mémoire, l‟invalidation du gène PTPN11 ne produit pas un syndrome de Noonan. La conservation des motifs SH2 en présence d‟un site PTP inactif permet d‟imaginer des interractions aberrantes avec les protéines auxiliaires („scaffold proteins‟) de la voie RAS. La perte de fonction phosphatase aurait néanmoins un effet particulier au niveau des cellules pigmentées de la peau. Notons que la paradoxe décrit ici est connu pour un autre gène de la voie RAS : il a en effet été mesuré, in vitro, que l‟activité phosphatase de mutants de BRAF au sein de tissu tumoral, pouvait tantôt augmenter tantôt diminuer.
Enfin, alors que des mutations au sein du gène PTPN11 sont retrouvées chez 95% des patients porteurs du syndrome LEOPARD, des patients sans mutation de PTPN11 et ayant une cardiomyopathie hypertrophique ont été identifiés porteurs de mutations faux-sens au sein du gène RAF1 codant pour une „Sérine - Thréonine‟ kinase impliquée dans la voie RAS (Pandit 2007 ; Limongelli 2008).
1.5.2 Structure, rôle et expression du gène PTPN11
Deux types d‟enzymes régulent les processus de phosphorylation des résidus tyrosine des protéines: les protéines tyrosine kinases (PTKs) assurant la phosphorylation et les protéines tyrosine phosphatases (PTPs) assurant la déphosphorylation. Les PTPs jouent un rôle clé dans l‟initiation, le maintien et l‟arrêt de la signalisation cellulaires. Les PTPs sont composées d‟un domaine catalytique et de domaines non catalytiques qui contribuent à définir la spécificité de la reconnaissance de leurs substrats in vivo et l‟association à d‟autres protéines (Figure 3). Les domaines non catalytiques permettent de recruter la protéine PTP au niveau de compartiments intracellulaires spécifiques ou le domaine catalytique peut alors déphosphoryler ses substrats.
La spécificité de substrat des PTP est très grande. Une séquence signe leur appartenance à la famille des PTPs : VHCSXGXGR[T/S]G (séquence signature des PTPs encore appelée „phosphate-binding loop‟). Sur base de la structure primaire du domaine catalytique, la famille des PTPs est divisée en quatre classes distinctes. La classe I constitue le groupe le plus nombreux comprenant 99 membres qui sont subdivisés en 38 PTPs „classiques‟ et 61 PTPs à spécificité double (dual specificity, en anglais). Le groupe des 38 PTPs de classe I
„classiques‟ est ainsi appelé car ces phosphatases hydrolysent spécifiquement des protéines contenant des résidus tyrosine (tyrosine phosphatase spécifiques). Depuis leur découverte et les premières descriptions (Van Vactor 1998 ; Andersen 2001) (Figure 3), ce groupe est subdivisé en deux sous- groupes : des PTPs classiques „récepteurs‟ dont, à ce jour, 21 membres sont identifiés et des PTPs classiques „non récepteurs‟ dont 17 membres sont connus. Ces PTPs „classiques‟ ou tyrosine phosphatases spécifiques sont réparties en trois classes selon leur structure soit „transmembranaires‟ ou
« récepteur-like », soit „non récepteurs‟. La plupart des PTPs « récepteur-like » possèdent deux domaines PTP cytoplasmiques, un domaine membranaire
proximal (D1), un domaine membranaire distal (D2), un seul segment transmembranaire et un seul domaine extra-cellulaire. Le groupe des PTPs à spécificité double sont ainsi appelées car elles hydrolysent tantôt des résidus phosphotyrosine ou phosphosérine ou phosphothréonine (ce groupe est à son tour subdivisé en 7 sous-groupes). Le groupe des PTPs de classe II n‟est composé que d‟un seul membre, la phosphatase phosphotyrosine de bas poids moléculaire. Les PTPs de classe III est formé de trois membres CDC25 A, B et C. Enfin, le groupe des PTPs de classe IV est composé de 4 membres, Eya 1 à 4 (Van Vactor 1998 ; Andersen 2001) (Figure 3).
Les PTPs contenant un domaine SH2 (Src homology-2) appartiennent à la famille des PTP „classiques‟ de type „non récepteurs‟ (ou non transmembranaires) et sont nommées SHPs. SH2 permet la liaison à des tyrosines phosphorylées. Chez tous les vertébrés, il existe 2 protéines SHP:
SHP-1 et SHP-2. SHP-1 est codée par le gène PTPN16 et est exprimée dans le système hématopoiëtique. SHP-2 est codée par le gène PTPN11. SHP-2 est exprimée de manière ubiquitaire : au niveau cérébral, thymique, pulmonaire, cardiaque, hépatique, musculaire, gastrique, pancréatique, rénal et colique (Andersen 2001 ; Van Vactor 1998). La structure de ces deux protéines est commune : elle est composée de deux domaines SH2 (N-SH2 et C-SH2), 1 domaine phosphatase PTP et des sites phosphorylables situés à l‟extrémité C- terminale (en position Y542 et Y580 pour SHP2). Il existe un seul orthologue chez la Drosophile (corkscrew ou csw) et chez le ver Caenorhabtidis elegans (ptp- 2). SHP-2 est activée par divers facteurs de croissance comme le „platelet- derived growth factors‟ (PDGF), l‟epidermal growth factors‟ (EGF), l‟Insulin- like growth factors-1‟ (IGF-1), des cytokines, l‟insuline et l‟interféron.
L‟activation passe par la liaison de SHP2 par ces domaines SH2 à des phosphoprotéines, comme les RTK, les récepteurs aux cytokines (par exemple
de signalisation, en particulier la protéine GRB2 (growth factor receptor bound protein 2) et les proteines GAB (GRB2-associated binding proteins).
SHP-2 régule de nombreuses cascades de signalisation intra-cellulaires ayant pour fonctions de moduler la prolifération, la différenciation, la survie, la migration, l‟adhésion et l‟apoptose cellulaires (Andersen 2001 ; Neel 2003 ; Paul 2003). SHP-2 exerce un effet activateur sur la cascade de signalisation RAS/MAP Kinases, sur la voie des kinases inositol 3 phosphate (PI3) et joue un rôle négatif dans la voie de signalisation JAK-STAT induite par les interférons - α et -γ. De nombreuses voies de signalisation sont régulées par la phosphorylation de résidus „tyrosine‟. Cette phosphorylation peut avoir un effet en modifiant une activité enzymatique, la localisation protéique et/ou l‟assemblage des complexes de signalisation qui vont réguler (activer ou inhiber), à leur tour, les cascades de signaux cellulaires en aval (Andersen 2001 ; Edouard 2007 ; Paul 2003 ; Van Vactor 1998) (Figure 1).
1.5.3 Rôle des domaines SH2 de SHP-2
Les domaines SH2 permettent le recrutement au niveau des récepteurs de surface et des molécules d‟adhésion cellulaires des protéines d‟intérêts qui vont construire la réponse au signal intracellulaire. Les protéines liant SH2 comprennent des récepteurs (récepteurs de cytokines et récepteur tyrosine kinases), des adaptateurs de conformation (scaffolding) et des récepteurs
„inhibiteurs immuns‟ (Figure 2). Les domaines SH2 de SHP-1 et SHP-2 ont certains partenaires en commun, d‟autres sont spécifiques. Les domaines SH2 de SHP ont une influence sur l‟activité de protéine phosphatase : à l‟état basal, l‟activité de SHP est faible car la conformation de PTP est telle que les domaines SH2 et PTP se recouvrent sur une grande surface : le domaine SH2 bloque le site actif du domaine PTP ou autrement formulé: le domaine PTP est
rendu inaccessible par N-SH2 (Araki 2004 ; Edouard 2007 ; Neel 2003). Les données cristallographiques du domaine SH2 dans cet état basal révèlent la présence d‟un réseau complexe de liaisons hydrogènes entre les domaines impliquant les acides aminés Asn58, Gly60, Asp61, Cys459 et Gln506 qui stabilisent la protéine. De nombreuses autres interactions polaires entre les domaines PTP et SH2 viennent renforcer la stabilité de la conformation de cet état basal aussi appelé, se référant à l‟activité enzymatique, mode inactif (Hof 1998 ; Neel 2003). Le domaine terminal C-SH2 exerce une interaction faible avec le domaine PTP : son rôle est de garantir à la cellule une liaison protéique avec d‟autres peptides tyrosyl phosphorylés. S‟il se lie à une autre protéine phosphorylée sur un résidu tyrosine, N-SH2 libère le site PTP permettant alors une augmentation marquée de l‟activation enzymatique (réponse catalytique) (Edouard 2007 ; Hof 1998, Neel 2003 ; Araki 2004) (Figure 4).
Des mutations du gène PTPN11 sont identifiées pour les séquences nucléotidiques des régions codantes du site catalytique, des domaines SH2 ou des autres domaines. En théorie, la présence d‟une mutation peut engendrer 3 effets : un effet « gain de fonction », une haploinsuffisance ou un effet dominant négatif. Dans le cas d‟une mutation exerçant un effet « gain de fonction », la mutation est responsable d‟une activité catalytique accrue de la protéine. L‟effet d‟haplo-insuffisance correspond à la perte d‟un allèle : l‟activité catalytique est alors diminuée. D‟autres mutations, enfin, sont susceptibles de produire une enzyme inactive qui, de surcroit, interfère avec l‟enzyme normale, entraînant une diminution supplémentaire d‟activité (effet
« dominant négatif ») - par rapport à la situation de simple haploinsuffisance.
La nature de la mutation détermine l‟effet (gain de fonction ou effet dominant négatif) et possiblement l‟ampleur de cet effet. Les retentissements sur les partenaires de SHP-2 peuvent être étudiés mais sont, à ce jour, incomplètement compris : dans le syndrome de Noonan, les mutations
