La Pénétrance réduite, Expressivité Variable et Hétérogénéité génétique des Anomalies Septales Auriculaires Familiales

Le défaut septal auriculaire Secundum (TSA) est une malformation cardiaque congénitale courante représentant 10% des cardiopathies congénitales isolées.12 Un TSA non corrigé peut provoquer une surcirculation pulmonaire, une surcharge du volume cardiaque droit et une mort prématurée. Des modèles d’embryogenèse cardiaque ont suggéré que ce défaut est causé par une malformation du septum primum, entraînant une couverture incomplète de l’ostium secundum (fossa ovalis).3 Cependant, ni les mécanismes cellulaires ni les signaux moléculaires orientant ces processus ne sont connus.

Certaines personnes atteintes de TSA secundum ont des antécédents familiaux de ce défaut ou d’autres malformations cardiaques congénitales, et un bloc cardiaque coexistant a été observé chez certaines familles de TSA.4 La base génétique, le cas échéant, de ces observations cliniques reste floue. Bien qu’un mode autosomique dominant d’hérédité pour les TSA familiaux ait été décrit dans quelques familles,4 l’incidence des TSA chez les frères et sœurs 15 et les descendants 16 des individus affectés est souvent inférieure à celle attendue pour les anomalies d’un seul gène, et des modèles multifactoriels d’hérédité ont également été postulés.1

Pour identifier la base génétique du TSA familial, nous avons évalué cliniquement et étudié génétiquement trois types de TSA hérités comme un trait autosomique dominant. Nous rapportons un locus de la maladie pour le TSA familial sur la région télomérique du chromosome 5p et démontrons que ce trouble est génétiquement hétérogène. La pénétrance de la maladie était incomplète (absence de phénotype clinique chez les individus porteurs de la mutation génétique) et certains individus génétiquement affectés présentaient d’autres malformations cardiaques structurelles. Nous suggérons que la pénétrance incomplète et l’expressivité variable du TSA familial peuvent entraîner une sous-estimation significative de la nature héréditaire de cette affection.

Méthodes

Évaluation clinique

Le consentement éclairé de tous les participants a été obtenu conformément au Comité de Protection des Sujets humains contre les risques de recherche de l’Hôpital Brigham and Women’s. Les membres de la famille de trois familles non apparentées ont été évalués par antécédents, examen des dossiers médicaux, examen physique, ECG à 12 dérivations et échocardiographie transthoracique bidimensionnelle avec interrogation Doppler du flux de couleurs dans quatre vues standard et sous-costales. Un cathétérisme cardiaque et une échocardiographie transoesophagienne ont été réalisés chez certaines personnes. Les TSA et d’autres malformations ont été diagnostiqués selon des critères standard; les anévrismes septaux auriculaires ont été diagnostiqués selon des critères préalablement établis.78 Études cliniques ont été réalisées sans connaissance du génotype.

Analyse génétique

L’ADN génomique a été isolé à partir de lymphocytes périphériques comme décrit précédemment.9 Séquences répétées en tandem courtes polymorphes avec hétérozygotie >0.7 et quatre allèles ou plus ont été choisis dans chaque chromosome à des intervalles de ≈30 centimètres (cM) et amplifiés à partir de l’ADN génomique par la réaction en chaîne de la polymérase. En bref, 100 ng d’ADN génomique ont été amplifiés dans un volume de 10 µL contenant 40 ng d’amorce oligonucléotidique non marquée, 40 ng d’extrémité d’amorce marquée au 32P, 200 mmol /L chacun de dATP, dCTP, dGTP et dTTP, et Taq polymérase. Les échantillons ont été dénaturés pendant 2 minutes à 95 °C, puis traités à travers 35 cycles comprenant une dénaturation à 95 °C pendant 20 secondes, un recuit d’amorce à 58 °C pendant 30 secondes et une extension d’amorce à 72 °C pendant 40 secondes. Les produits amplifiés ont été électrophorés sur des gels de séquençage de polyacrylamide à 6% et visualisés par autoradiographie.

Des analyses de liaison en deux points ont été effectuées à l’aide de MLINK (version 5.1) avec des fréquences d’allèles déterminées à partir des membres de la famille et un taux de phénocopie de 0,001. L’analyse multipoint a été réalisée avec LIAISON. L’hétérogénéité génétique des TSA familiaux dans l’étude kindreds a été évaluée à l’aide du programme HOMOG.

Résultats

Évaluation clinique

Soixante-dix individus de quatre générations de MAR de la famille ont été évalués cliniquement. Chez neuf individus, un TSA secundum avait déjà été identifié (Figure 1A et tableau). La fermeture chirurgicale d’un TSA avait été réalisée chez 7 personnes: la chirurgie a eu lieu entre 22 et 44 ans chez 6 personnes et à l’âge de 4 ans chez 1 personne. Le TSA Secundum a été documenté à l’autopsie chez l’individu IV-12 (à l’âge de 34 ans) et au cathétérisme cardiaque chez l’individu IV-10 (réalisé à l’âge de 63 ans). Les évaluations cliniques chez d’autres membres de la famille ont mis en évidence un anévrisme septal auriculaire chez les individus V-1 et VI-7 (Fig 3) et une veine cave supérieure gauche persistante chez les individus V-1 (Fig 3). Un diagnostic échocardiographique de sténose aortique valvulaire modérée a été posé chez l’individu IV-4; l’étiologie de la sténose aortique était limitée par l’étendue de la calcification valvulaire et les difficultés techniques. Cependant, étant donné l’âge relativement jeune au moment du diagnostic (précédemment diagnostiqué à l’âge de 54 ans), il est fort probable que cet individu présente une valve aortique bicuspide.10 L’état clinique de l’individu III-1 avant sa mort est inconnu.

Dix-huit membres de trois générations de MBE de la famille ont été évalués cliniquement. Six individus présentaient un TSA secundum (Figure 1B et tableau). Le diagnostic a été posé avant l’âge de 5 ans chez 4 personnes et a entraîné une fermeture chirurgicale du TSA au cours de la première décennie de vie. Les individus III-2 et IV-8 ont reçu un diagnostic de TSA à l’âge adulte et ont subi une fermeture chirurgicale à l’âge de 40 et 32 ans, respectivement. Quatre personnes présentaient d’autres malformations cardiaques structurelles. Un canal artériel patent a été diagnostiqué chez l’individu IV-2 à 6 mois (ligaturé à l’âge de 3,5 ans) et chez l’individu V-1 (ligaturé à l’âge de 5 ans). L’individu III-3 avait une valve aortique bicuspide sténosée et a subi un remplacement de la valve aortique à l’âge de 56 ans. Une valve aortique bicuspide a été diagnostiquée chez son fils (individu IV-3) à l’âge de 37 ans.

Vingt-trois membres de quatre générations de MXP de la famille ont été évalués cliniquement. Huit individus (Figure 1C et tableau) ont déjà été reconnus pour avoir un TSA secundum et une conduction AV prolongée.1112 Un individu (IV-7) avait un bloc AV isolé au deuxième degré; l’échocardiographie transoesophagienne a démontré des structures cardiaques normales. D’autres anomalies cardiaques structurelles trouvées chez les membres de la famille comprenaient une sténose aortique sous-valvulaire (individu III-3), une anomalie septale ventriculaire (individus IV-10 et V-1), une tétralogie de Fallot (individus IV-8 et IV-12) et une atrésie pulmonaire (individu IV-8). Les membres de la famille touchés des générations II et III ont été diagnostiqués après l’âge de 30 ans; cependant, les malformations cardiaques des générations suivantes ont été reconnues à l’âge de 4 ans.

Analyse génétique

Dans chaque famille, les évaluations généalogiques ont suggéré qu’un trait autosomique dominant causait un TSA héréditaire et d’autres malformations cardiaques structurelles. Seuls 9 TSA de secundum ont été identifiés chez la famille MAR, et la pénétration de la maladie semblait incomplète. Par exemple, l’incidence des TSA chez la progéniture de ces 9 individus affectés était de ≈33% et était inférieure à ce qui était prévu pour un trait dominant entièrement pénétrant. En outre, l’individu IV-2 a fourni un exemple clair de non-pénétration. Bien que cette femme ne soit pas affectée cliniquement, un fils (V-4) avait un TSA secundum (Fig 2) et un autre (V-1) a un anévrisme septal auriculaire et une veine cave supérieure gauche persistante (Fig 3).

Des études de liaison ont été réalisées dans la famille MAR pour définir la localisation chromosomique d’une mutation causant un TSA familial. Comme la pénétrance de la maladie était incomplète, les études de couplage initiales n’ont analysé que les génotypes d’individus atteints d’un TSA ou d’individus dont la progéniture était atteinte d’un TSA. En conséquence, la pénétrance de la maladie a été fixée à 100%. Un total de 125 séquences répétées en tandem courtes polymorphes réparties dans le génome ont été testées, et ≈25% du génome a été éliminé avant la détection de la liaison à D5S208. Les liens avec les locus voisins du bras distal du chromosome 5p ont ensuite été évalués. Un logarithme maximal à 2 points du score de cotes (LOD) de 2,83 (θ = 0,0) a été détecté à J5S406, et un score LOD multipoint maximal de 3,6 a été obtenu (Figure 4). Le locus familial de TSA sur le chromosome 5p a été désigné ASD1.

Un haplotype de maladie dans la famille MAR a été construit à partir des génotypes d’individus atteints de TSA à 13 loci près de la DSA 1 et comparé aux génotypes de tous les membres de la famille (Figure 1A). Les haplotypes des individus III-1, IV-3, IV-10 et IV-12 ont été reconstruits à partir des allèles de la progéniture et des conjoints. Vingt et une personnes ont présenté l’haplotype de la maladie, y compris tous les membres de la famille MAR atteints d’une cardiopathie structurelle (9 personnes atteintes de TSA secundum, 1 avec anévrisme septal auriculaire, 1 avec anévrisme septal auriculaire et veine cave supérieure gauche persistante et 1 avec sténose aortique valvulaire). L’haplotype de la maladie a également été trouvé chez 1 personne décédée (état clinique avant décès inconnu) et 8 personnes cliniquement non affectées. Sur la base de cet haplotype de la maladie, la pénétrance du TSA secundum était de 45%; la pénétrance du TSA secundum ou de l’anévrisme septal auriculaire était de 55%.

L’intervalle de la maladie défini par les haplotypes des individus atteints de TSA secundum s’étend sur une région de 11 cm entre D5S2088 et D5S807 (Figure 4). Cependant, comme l’haplotype de la maladie a été identifié chez deux individus (VI-7 et V-1) présentant des anévrismes septaux auriculaires, nous avons émis l’hypothèse que cet état pathologique pourrait représenter une forme fruste ou une fermeture spontanée d’un TSA non reconnu. L’haplotype de l’individu V-1 présente un événement de recombinaison qui affine l’intervalle de la maladie à une région de 4 cm entre D5S635 et D5S807. Les scores LOD ont également été calculés en incluant les personnes atteintes d’anévrismes septaux auriculaires comme affectées. Ce score LOD maximal de 2 points était de 2,83 (θ = 0) à J5S208 et le score LOD multipoint maximal de 3,9, indiquant une probabilité de ≈8000:1 que le gène de la maladie de la famille MAR soit génétiquement lié aux locus du chromosome 5p.

Pour déterminer si le gène de la maladie de la famille MAR était également responsable des troubles cardiovasculaires héréditaires dans les familles MBE et MXP, la liaison a été évaluée au locus ASD1 uniquement chez les individus atteints de TSA ou les individus dont la progéniture était atteinte d’un TSA. Les scores LOD à deux points obtenus dans les familles MBE et MXP étaient inférieurs à -2,0 dans l’intervalle entre D5S2088 et D5S630 (Figure 4), indiquant que le gène TSA de ces familles ne correspondait pas au locus ASD1. Le programme HOMOG a fourni des preuves supplémentaires d’hétérogénéité, car les malformations cardiaques dans les familles MBE et MXP sont peu susceptibles d’être dues à des mutations de l’ASD1 sur le chromosome 5p (P <.001, données non représentées).

Discussion

Nous démontrons que le TSA familial peut être causé par une mutation génétique sur le chromosome 5p. Ce trouble est génétiquement hétérogène et peut également être causé par des défauts dans d’autres gènes non définis. En plus du TSA secundum, les manifestations cliniques du gène ASD1 comprennent d’autres malformations cardiovasculaires fréquentes; des anévrismes septaux auriculaires, des anomalies veineuses (veine cave supérieure gauche persistante) et une maladie de la valve aortique (valve aortique bicuspide) surviennent chez ≈0,5% à 1% de la population et pourraient être survenues par hasard chez certains membres de la famille.781314 Cependant, le risque que trois anomalies cardiaques surviennent simultanément chez trois membres de la famille avec le gène ASD1 par hasard seul est très faible. Nous suggérons que les mutations des gènes TSA familiaux provoquent un large spectre de troubles cardiovasculaires congénitaux héréditaires.

La diversité du phénotype clinique combinée à des sauts de génération a conduit à l’hypothèse que l’étiologie de la cardiopathie congénitale est multifactorielle et due à l’interaction de traits complexes (polygéniques) et de facteurs environnementaux.1 Les trois familles étudiées ici illustrent les difficultés d’évaluation de la nature héréditaire des cardiopathies congénitales. Bien que les analyses de pedigree (figure 1) suggèrent qu’un trait autosomique dominant est séparé dans chaque famille, ce modèle nécessite également une pénétrance incomplète et une expressivité variable pour tenir compte de l’état clinique de tous les membres de la famille. L’haplotype de la maladie (Figure 1A) défini par des études de liaison des membres affectés de la famille MAR a confirmé ce modèle. Une pénétrance incomplète, un diagnostic inexact ou un phénotype dépendant de l’âge sont supposés représenter huit personnes cliniquement non affectées qui portaient l’haplotype de la maladie.

Les techniques de diagnostic utilisées dans cette étude auraient pu contribuer à une sous-estimation du phénotype. Par exemple, l’échocardiographie transoesophagienne est reconnue comme plus sensible et spécifique que l’échocardiographie transthoracique pour identifier les anomalies du septum auriculaire, en particulier chez les grands adultes.15 Bien que l’échocardiographie transoesophagienne ait pu augmenter le rendement diagnostique des malformations subtiles telles que l’anévrisme septal auriculaire, il est peu probable qu’elle ait modifié les principaux résultats de cette étude. Alternativement, l’état clinique des personnes porteuses de mutations à ASD1 peut changer. Par exemple, comme le TSA est l’une des nombreuses malformations congénitales pouvant se résoudre « spontanément”, 816 évaluations effectuées après une fermeture spontanée attribueraient de manière inexacte un statut non affecté et contribueraient ainsi à l’impression d’une pénétrance génétique réduite. La base de la pénétrance réduite n’a pas été établie, mais ce phénomène est associé à d’autres malformations cardiaques congénitales.1718

Des études génétiques dans la famille MAR ont en outre indiqué que les mutations du gène ASD1 expliquaient plusieurs autres malformations cardiovasculaires présentes chez les membres de la famille. Bien que le TSA secundum soit la malformation cardiaque la plus fréquente dans la famille MAR et dans deux autres types d’étude, un canal artériel patent, un défaut septal ventriculaire, un anévrisme septal auriculaire, une veine cave supérieure gauche, une tétralogie de Fallot, une valve aortique bicuspide, une sténose aortique valvulaire ou sous-valvulaire et des anomalies de conduction AV ont également été observées. Ces familles sont représentatives des autres familles atteintes de la DSA FAMILIALE192021222324 dans lesquelles jusqu’à 40 % des personnes présentaient des anomalies cardiaques supplémentaires ou autres. L’identification d’un haplotype commun chez des individus de la famille MAR présentant des malformations cardiaques congénitales distinctes peut indiquer que l’expressivité variable d’un défaut génétique unique peut expliquer la diversité clinique des cardiopathies congénitales dans une famille. Diverses malformations cardiaques sont reconnues dans d’autres troubles humains monogéniques, y compris le syndrome de Holt-oram25262728 et les microdélétions du chromosome 22q1129, et se produisent également chez des souris déficientes en récepteurs rétinoïques X.30 Bien que l’expressivité variable ne soit pas une caractéristique prédite par les modèles embryologiques classiques du développement cardiaque, des mutations monogènes héritables peuvent clairement provoquer des anomalies cardiovasculaires pléiomorphes.

Bien que le TSA ne provoque aucun effet délétère évident pendant le développement fœtal, les conséquences de ces défauts pendant la vie postnatale sont variables.2 Un TSA non corrigé peut entraîner des symptômes dus à une surcirculation pulmonaire et à une surcharge du volume cardiaque droit. Cependant, la fermeture spontanée au cours des premières années de la vie a été bien documentée, sans séquelles apparentes à long terme.816 L’association de l’anévrisme septal auriculaire et du TSA secundum a conduit à suggérer que les anévrismes sont une malformation congénitale du septum7 qui peut jouer un rôle dans la fermeture du TSA postnatal.8 Des études génétiques dans la famille MAR corroborent cette relation de cause à effet en ce sens qu’un haplotype de maladie identifié chez des individus atteints de TSA secundum a également été trouvé chez deux individus (V-1, V-7) présentant un anévrisme septal auriculaire. Des études en série de ces personnes peuvent aider à définir les modifications postnatales du septum auriculaire.

Les modèles embryologiques des TSA de secundum ont mis en évidence un développement anormal du septum primum, mais on sait peu de choses sur la base moléculaire de la septation auriculaire. Aucun gène candidat évident n’a été mappé à ASD1, mais il est à noter que de grandes délétions du chromosome 5p provoquent le syndrome cri-du-chat, un syndrome de gènes contigus parfois associé à une cardiopathie congénitale.31 La définition du gène ASD1 peut également aider à élucider la base moléculaire des malformations cardiaques dans ce syndrome. L’identification de ce gène et d’autres gènes TSA familiaux devrait fournir de nouvelles informations sur les étapes importantes de la morphogenèse cardiaque menant à la septation auriculaire.

La contribution des anomalies génétiques du TSA familial à l’incidence des cardiopathies congénitales reste inconnue. Compte tenu de l’expression variable et de la faible pénétrance des mutations du gène TSA décrites ici, un individu porteur d’un de ces défauts géniques pourrait se présenter comme un cas isolé. Lorsque des antécédents familiaux révèlent un trouble cardiaque congénital chez plus d’un individu, des évaluations cliniques et génétiques de tous les membres de la famille sont recommandées.

Notes de bas de page