Décrit en 1920, le syndrome de Bardet-Biedl (BBS) (OMIM 209900) est une maladie autosomique récessive caractérisée par un cortège clinique comportant comme signes cliniques principaux : rétinopathie pigmentaire précoce, obésité, polydactylie, hypogonadisme, déficit cognitif variable et anomalies rénales (→). Cette affection, a priori clairement définie sur le plan clinique, a été un des premiers exemples d’hétérogénéité génétique prouvée par cartographie génétique par homozygotie au début des années 1990. Récemment, il a été suggéré que l’hérédité du syndrome pouvait se démarquer de l’hérédité autosomique classique avec, pour certaines familles, la description de trois allèles mutés dans deux gènes BBS différents (hérédité oligogénique ou triallélique) [ 1] (→), le troisième allèle induisant un effet épistatique sur le phénotype. Un gène modificateur interagissant avec les mutations des autres gènes BBS vient ainsi d’être décrit [ 2]. La physiopathogénie de la maladie a été révélée par la publication en 2003 du gène BBS8, identifié comme codant une protéine du centrosome ou du corpuscule basal impliquée dans la constitution du cil primitif [ 3]. Les cils primitifs, présents dans une grande majorité de nos cellules, sont impliqués dans l’exploration de l’environnement interne et externe de l’organisme par le biais de fonctions chimio-, photo- et mécanosensorielles [ 4]. De plus, les cils jouent un rôle essentiel dans des étapes critiques du développement embryonnaire, et notamment dans le phénomène de polarité cellulaire planaire pour certains épithéliums, mais également dans d’autres tissus comme le tissu nerveux. Le syndrome BBS est maintenant classé comme une ciliopathie au même titre que les polykystoses rénales et les néphronophtises, le syndrome d’Alström, le syndrome orofaciodigital de type 1 et plus récemment les syndromes de Meckel et de Joubert (pour revue, voir [ 5, 6]).

(→) m/s 2006, n° 6-7, p. 576

(→) m/s 2002, n° 12, p. 1205

Fin 2005, 9 gènes avaient été identifiés (BBS de 1 à 9), ne rendant compte que de 50 % des patients. Le gène BBS1 est muté chez 20 % à 25 % des patients. Les gènes BBS de 2 à 9 ne sont retrouvés chacun mutés que dans un petit pourcentage de patients. Récemment, le gène BBS10 a été identifié par notre groupe et son impact majeur dans la maladie a été démontré [ 7]. Le gène BBS11, impliqué dans une seule famille (mutation faux-sens) [ 8], ne nous paraît pas parfaitement validé, d’autant plus qu’il a été également retrouvé muté dans une forme de myopathie progressive (LGM2H).

L’histoire du gène BBS10 commence par l’exploration clinique d’une famille hautement consanguine avec 5 fratries atteintes de BBS, issue d’un petit village du Nord du Liban, et dont l’étude s’est faite en collaboration avec l’Université St Joseph de Beyrouth (Figure 1A). L’approche classique de cartographie par microsatellites a échoué, entraînant le choix d’une stratégie de cartographie par homozygotie utilisant les puces SNP 10K Affymetrix (ces puces permettent l’analyse de 10 000 SNP répartis sur l’ensemble du génome, représentant un gain d’informativité d’environ 8 fois par rapport aux 400 marqueurs microsatellites utilisés en général pour réaliser « un tour de génome »). Toutefois, au lieu d’identifier un seul locus, comme attendu pour une telle famille, nous avons trouvé deux zones d’intérêt : une première zone sur le chromosome 16 correspondant à la région du gène BBS2 (pour une fratrie) et une autre zone sur le chromosome 12 (pour 3 fratries), ne correspondant à aucun gène BBS connu (Figure 1B).

Figure 1. A. Arbre généalogique de la famille libanaise. B. Cartographie par homozygotie fondée sur les SNP avec, de plus, les marqueurs microsatellites de la région qui ont contribué à définir deux zones d’intérêt. En mauve et en rouge sont représentés les SNP homozygotes (respectivement AA et BB), les régions en jaune indiquent les allèles hétérozygotes (AB).

Figure 1. A. Arbre généalogique de la famille libanaise. B. Cartographie par homozygotie fondée sur les SNP avec, de plus, les marqueurs microsatellites de la région qui ont contribué à définir deux zones d’intérêt. En mauve et en rouge sont représentés les SNP homozygotes (respectivement AA et BB), les régions en jaune indiquent les allèles hétérozygotes (AB).

Une mutation faux-sens a été identifiée dans BBS2 pour deux sœurs homozygotes dans la région correspondante en 16q21, mais cette mutation n’était pas présente chez les autres patients de cette famille. Ce premier résultat a confirmé une faille dans l’approche classique de cartographie par homozygotie [ 9].

Dans la région du chromosome 12, 8 gènes ont été retenus comme prioritaires soit par leur présence dans une liste de gènes conservés dans les organismes ciliés ou en raison de leur fonction. Dans un de ces gènes, FLJ23560 (dont l’annotation dans les bases de données du génome était très minime et partiellement erronée), une mutation faux sens (S311A) a été identifiée pour les 6 patients homozygotes correspondant aux 3 fratries liées à cette région, et de manière inattendue, à l’état hétérozygote, en combinaison avec une autre mutation, chez le patient unique d’une autre fratrie). L’analyse de ce gène dans les familles BBS de la cohorte française a révélé plusieurs mutations tronquantes, indiquant que FLJ23560 représentait effectivement un nouveau gène BBS (Figure 2) [7].

Figure 2. Le gène BBS10 avec la position et la nature des mutations. A. Séquence génomique de BBS10. B. Protéine avec les domaines connus indiqués par différentes couleurs. Les insertions dans le domaine intermédiaire sont représentées par les boîtes jaunes au-dessus de la protéine. Les mutations retrouvées dans les familles sont indiquées sous la protéine, les étoiles indiquant des faux-sens et les losanges des mutations tronquantes (frameshifts ou non-sens). La mutation récurrente est représentée en orange.

Figure 2. Le gène BBS10 avec la position et la nature des mutations. A. Séquence génomique de BBS10. B. Protéine avec les domaines connus indiqués par différentes couleurs. Les insertions dans le domaine intermédiaire sont représentées par les boîtes jaunes au-dessus de la protéine. Les mutations retrouvées dans les familles sont indiquées sous la protéine, les étoiles indiquant des faux-sens et les losanges des mutations tronquantes (frameshifts ou non-sens). La mutation récurrente est représentée en orange.

Pour explorer de manière exhaustive ce gène, nous avons élaboré une collaboration avec le Dr N. Katsanis (John Hopkins University, Baltimore, États-Unis) et avec le Dr P. Beales (Institute of Child Health, Londres, Royaume-Uni) : 311 familles de différentes origines ont été séquencées pour ce gène, y compris les familles ayant des mutations dans les gènes BBS déjà connus. Nous avons trouvé des altérations pathogènes chez plus de 20 % des familles. Ces résultats montrent que le gène BBS10 est un gène majeur du syndrome, muté aussi fréquemment que le gène BBS1. Des patients de 53 familles étaient porteurs de 2 mutations BBS10, alors que dans 12 familles nous avons trouvé une seule mutation à l’état hétérozygote pouvant refléter la présence d’une seconde mutation non détectée, localisée dans une région non exonique du gène BBS10, ou pouvant être compatible avec une hérédité oligogénique. Une mutation de type frameshift (C91fsX95) représente 54 des allèles mutants (46 %). La plupart des mutations tronquantes (15/16) sont également des frameshift et nous avons détecté 16 mutations faux sens. Certaines familles avaient également des mutations ou des variants de signification pathologique incertaine dans d’autres gènes BBS pouvant indiquer un effet potentiel épistatique. Pour 3 familles notamment, nous avons trouvé une indication d’hérédité oligogénique : 2 familles avec mutation BBS10 ayant une mutation additionnelle sur le gène BBS1 et inversement, une famille avec 2 mutations sur le gène BBS1 et une mutation additionnelle sur le gène BBS10.

Afin de mieux caractériser le gène BBS10 au niveau fonctionnel et évolutif, une étude bio-informatique exhaustive englobant les aspects phylogénétiques, génomiques et structuraux a permis d’établir des conclusions majeures sur la famille de ce gène.

Sur le plan fonctionnel, les recherches dans les banques de données de séquences ont révélé que le gène BBS10, comme le gène BBS6, appartient à la famille des chaperonines de type II. Ainsi nous avons pu établir qu’il existe au moins 2 gènes de cette famille qui sont impliqués dans la maladie. Les chaperonines de type II, présentes depuis les bactéries jusqu’à l’homme, sont des protéines multi-domaines, organisées en complexe multiprotéique et impliquées dans le repliement et la conformation spatiale de protéines cibles. D’un point de vue structural, bien que l’architecture classique en 3 domaines (apical, intermédiaire et équatorial) des chaperonines soit conservée, BBS10 se distingue de toutes les chaperonines par la présence de 3 insertions de longueur variables (Figure 2). Sur la base de la structure 3D d’une chaperonine d’archaebactérie, les analyses structurales réalisées ont montré que ces insertions se situent en proximité spatiale émergeant sur la même face de la molécule. Ces éléments suggèrent l’existence d’un nouveau domaine fonctionnel discontinu ainsi que la spécialisation de BBS10 au regard des autres chaperonines. En raison de la contrainte structurale induite, il semble que BBS10, tout comme cela a été démontré pour BBS6, ne puisse former le complexe multiprotéique canonique à 8 sous unités des chaperonines. L’ensemble de ces observations indique que cette protéine définit une nouvelle sous-famille de chaperonines.

Sur le plan évolutif, BBS10 se distingue fondamentalement de l’ensemble des autres gènes BBS connus. En effet, l’analyse de la distribution du gène BBS10 au sein des organismes dont la séquence du génome est connue a permis de restreindre son existence aux seuls organismes vertébrés, suggérant une apparition récente de ce gène. De plus, de tous les gènes connus responsables de la maladie, c’est également le plus variable reflétant certainement une évolution rapide (ou une contrainte évolutive plus faible). Tous ces éléments amènent à penser que le gène BBS10 constitue une fonction récemment acquise par la cellule au sein de laquelle il pourrait jouer un rôle hautement spécialisé dans la mise en place des cils en s’adaptant aux différents contextes tissulaires présents chez les vertébrés.

Pour analyser la fonction du gène BBS10, des études ont été effectuées sur le poisson zèbre en inhibant l’expression à l’aide d’oligonucléotides de type morpholino (MO) spécifiques de BBS10 (équipe de N. Katsanis, John Hopkins University). L’injection d’une série de concentrations différentes de MO dans les embryons a montré des défauts dosage-dépendants des processus précoces des mouvements de la gastrulation, similaires aux phénotypes d’inhibition des autres gènes BBS. Ces résultats sont en accord avec l’hypothèse récemment développée de l’implication des gènes BBS dans la polarité planaire cellulaire [ 10].

L’identification de BBS10 comme un gène impliqué dans plus de 20 % des cas a un impact sur le diagnostic moléculaire de l’affection et le conseil génétique. La caractérisation du rôle de BBS10 au niveau du cil primitif permettra de disséquer la physiopathologie du complexe cilaire dans cette maladie qui induit un polyhandicap.

Ministère de la recherche (PHRC 2002), RETINA France, Lions Club du Kochersberg, PNRV INSERM 2005, Collège de France. Services de séquençage et plateforme Affymetrix de l’IGBMC.