Diagnostics Clinique et Biologique des Maladies Génétiques

Introduction

Les maladies génétiques, bien que rares si considérées individuellement, apparaissent, dans leur globalité, relativement fréquentes, dès lors que l’on regroupe l’incidence des quelque 8000 traits génétiques, les anomalies chromosomiques et les maladies multifactorielles. Les malformations congénitales, à étiologie génétique ou non, touchent environ 3 à 4 pour cent des nouveaux-nés vivants. On estime que 5 enfants sur 1000 meurent durant la première année de maladies d’origine génétique, dont la gravité nécessite une investigation plus poussée. À mesure que, dans un pays, la mortalité infantile due à la dénutrition ou aux maladies infectieuses diminue, les maladies génétiques prennent une part de plus en plus importante à la morbidité et à la mortalité de ce groupe. À titre d’illustration, imaginons un pays dont l’indice de mortalité infantile serait de 80 pour mille nouveaux-nés vivants. Environ 6% des décès d’enfants de moins d’un an se devraient à des pathologies héréditaires. Si cet indice se réduisait à 50 pour mille, la part des maladies génétiques augmenterait de 6% à 10% du total. Il est donc important que tous les pays engagés dans la lutte contre la mortalité infantile soient préparés à reconnaître les maladies génétiques, qui sont appelées à occuper une place de plus en plus significative dans le quotidien des professionnels de la santé.

Ce texte n’a pas la prétension d’épuiser toutes les hypothèses diagnostiques possibles pour un enfant chez qui l’on suspecte une maladie génétique. Notre objectif est davantage d’apporter aux professionnels intéressés une orientation et un appui pour la conduite de leurs investigations cliniques et biologiques. Ainsi, notre démarche débute par l’analyse clinique du phénotype du patient et de l’histoire gestationnelle et familiale. On ne soulignera jamais assez que certains tableaux sont évolutifs et que l’absence d’une caractéristique donnée à un moment précis ne peut justifier l’exclusion du diagnostic. Compte tenu de l’absence de spécificité d’un grand nombre de maladies génétiques, notamment les erreurs innées du métabolisme, le laboratoire d’analyses joue un rôle essentiel dans l’établissement du diagnostic.

En présence d’un patient chez qui il suspecte une anomalie génétique, le praticien devra avant toute chose apprécier s’il présente un tableau dysmorphique, une altération fonctionnelle (retard du développement psychomoteur, régression neurologique, convulsions), ou un tableau mixte.

Tableaux Cliniques à la Naissance

Le diagnostic de pathologies se manifestant par un défaut unique, comme palais fendu et défauts du tube neural (malformations), pied bot varus équin congénital et luxation congénitale de la hanche (déformations), et l’amputation partielle ou totale de membres par des brides amniotiques (dysruption) n’exige pas d’examen biologique, pouvant être posé uniquement à partir de l’étude du phénotype. Ces pathologies ont généralement un type d’héritage multifactoriel et le risque de récurrence dans une même fratrie est bas, ce qui est rassurant pour les parents.

Chez les patients porteurs de malformations multiples, une étude détaillée de l’histoire clinique durant la période gestationnelle, afin d’identifier les facteurs de risque, un examen physique approfondi et la recherche d’un retard mental associé s’imposent. Les malformations multiples peuvent provenir de chromosomopathies (6,1% des cas), de mutations géniques selon un modèle d’héritage mendélien – gènes dominants ou récessifs (7,5% des patients), être liées à l’environnement (6,5%) ou avoir une origine multifactorielle (20%). Rappelons que le pourcentage de malformations congénitales à étiologie non identifiée est élevé, aux alentours de 60% des cas.

Dans les cas d’aberrations chromosomiques identifiées par analyse du caryotype, les observations faites à l’examen clinique varient considérablement, en fonction du chromosome et de la taille du segment impliqué, mais incluent fréquemment un retard de la croissance, un retard mental et des anomalies somatiques spécifiques. Par exemple, le signe le plus évident du syndrome de Down est un retard du développement psychomoteur associé à des dysmorphies, tandis que la petite taille peut être la caractéristique la plus révélatrice du syndrome de Turner. Une étude cytogénétique (suspicion d’anomalie des autosomes) sera demandée en cas de : a) retard du développement intra-utérin et postnatal, b) modèle complet de dysmorphies, c) modèle complet de malformations, d) déficience mentale et e) insuffisance placentaire, saignements durant le premier/second trimestre de la grossesse et hydramnios. Néanmoins, toutes ces anomalies ne sont pas systématiquement présentes, le retard mental étant la plus fréquente, ainsi qu’au moins deux d’entre elles. Les anomalies des chromosomes sexuels se caractérisent généralement par une altération de la taille, la déficience mentale étant rare, sauf dans les cas de multiples chromosomes X. Les aberrations chromosomiques sont à l’origine d’au moins la moitié des cas d’avortements spontanés et d’enfants morts-nés et représentent un facteur important de malformations congénitales. Plus de 0,6% des nouveaux-nés présentent des anomalies significatives des autosomes ou des chromosomes sexuels.

Les altérations chromosomiques peuvent être numériques ou structurales. Les altérations numériques sont liées à une variation du nombre diploïde (2n=46). L’absence d’un chromosome ou la présence d’un chromosome supplémentaire est appelée aneuploïdie. Les exemples d’aneuploïdie les plus connus sont les syndromes de Turner (45, X) et de Down (47, XX ou XY, +21). Les altérations de structure résultent de cassures suivies de réarrangements anormaux et comprennent délétions, duplications, chromosomes en anneau, isochromosomes, inversions et translocations. Elles sont dites équilibrées, lorsqu’il n’y a pas d’altération du matériel génétique, et déséquilibrées, en cas de perte ou de gain d’informations. Les sujets porteurs d’anomalies équilibrées ne présentent pas d’altération du phénotype, mais peuvent produire des gamètes déséquilibrés et ont un risque élevé de descendance atteinte de chromosomopathies.

La majorité des altérations de nombre (trisomies libres, par exemple), ne sont pas héritées (on parle d’altérations de novo), et présentent donc un faible risque de récurrence. Les altérations de structure, en revanche, peuvent être héritées ou être de novo et exigent donc la réalisation du caryotype des parents. Si l’un des parents est porteur de l’anomalie, le risque de récurrence chez d’autres enfants à naître est considéré élevé. Un diagnostic prénatal s’impose donc pour les grossesses futures du couple, comme de leurs frères et sœurs au phénotype normal, mais porteurs d’altérations chromosomiques. Le diagnostic prénatal est le plus fréquemment indiqué pour les futures mères d’âge avancé, présentant de ce fait un risque plus élevé de produire des gamètes aneuploïdes.

L’analyse des chromosomes est réalisée sur des cellules en mitose (en métaphase ou prométaphase), le plus souvent avec marquage par coloration des bandes G. En cas de nécessité, d’autres techniques, comme le marquage des bandes C, R ou NOR peuvent également être adoptées.

Il est bon d’avoir toujours présent à l’esprit que les anomalies minimes peuvent échapper à la microscopie optique et que leur mise en évidence nécessite le recours à des techniques de haute résolution et/ou moléculaires.

L’hybridation in situ en fluorescence (FISH) est une technique récente, qui associe la cytogénétique à des techniques moléculaires et est utilisée pour mettre en évidence certaines aberrations chromosomiques, principalement celles impliquant moins de quelques mégabases d’ADN : des séquences de ruban simple d’ADN ou d’ARN marquées (appelées « sondes »), s’apparient à l’ADN ou à l’ARN cellulaire sous certaines conditions propices, pour former des hybrides stables. Cette technique ne remplace pas celle du marquage de bandes, mais est un complément d’investigation de certaines chromosomopathies. Divers types de sondes sont actuellement en vente sur le marché et leur choix dépend des nécessités propres à chaque cas.

L’identification des syndromes géniques est faite à partir des informations fournies par la littérature spécialisée et les bases de données informatisées. Des programmes tels que « Possum », « Ossum », « London Dysmorphology Database » et autres, sont très utiles au généticien clinicien.

L’analyse de la généalogie, au moyen d’un génogramme, peut, dans le cadre du conseil génétique, fournir des données permettant de définir le modèle d’hérédité en cause, et ainsi d’établir l’étiologie (génique ou chromosomique), tout en facilitant le calcul du risque de récurrence. Tous les syndromes dysmorphiques ne sont pas d’origine génique ou chromosomique. Une anamnèse rigoureuse auprès de la mère permettra de rechercher les facteurs environnementaux tératogènes, comme infections transplacentaires, diabète sucré, alcoolisme, phenylcétonurie, déficit en acide folique ou usage de médicaments ou drogues prohibées durant la grossesse.

Tableaux Cliniques débutant après la Naissance (Erreurs Innées du Métabolisme)

Diverses maladies génétiques, y compris les dystrophies musculaires (à l’exception de la forme congénitale), les rachitismes héréditaires et les maladies hérédodégénératives se manifestent après la naissance. Nous les abordons dans d’autres chapîtres, notre propos étant ici de nous en tenir aux erreurs innées du métabolisme (EIM). Celles-ci sont définies comme des maladies causées par un blocage sur une ou plusieurs voies métaboliques, dont elles affectent le fonctionnement normal. Les anomalies se produisent au niveau moléculaire, par l’absence de synthèse d’une enzyme, la synthèse d’un enzyme déficient sur le plan fonctionnel ou même la destruction exagérée d’un enzyme normalement synthétisé. Les EIM présentent fréquemment une variabilité clinique (formes légères, modérées ou sévères d’une même maladie) et, occasionnellement, une hétérogénéité génétique (déficit de divers enzymes engendrant un même tableau clinique).

Nous avons, exclusivement dans un souci de clarté didactique, divisé artificiellement les tableaux cliniques des EIM en trois catégories : celles qui se manifestent par des déformations du squelette et/ou un tableau neurologique, dans les deux cas progressifs ; celles qui se manifestent par des altérations fonctionnelles (neurologiques et/ou métaboliques) ; et celles qui se manifestent par une élévation de la concentration plasmatique d’acide lactique (hyperlactacidémie). Cette classification ne tient compte que des aspects les plus évidents du tableau clinique du patient.

Un nombre significatif de patients pris en charge dans un hôpital spécialisé dans le traitement des maladies de l’appareil locomoteur présente des tableaux correspondant à ceux occasionnés par les erreurs innées du métabolisme. Ces maladies se manifestent généralement après la naissance, ont une étiologie génétique et, dans la grande majorité des cas, un modèle d’héritage autosomique récessif. Il est donc important de toujours rechercher une consanguinité entre les parents et l’existence de frères et sœurs présentant les mêmes symptômes que le patient. On observera également la coïncidence entre l’apparition des symptômes et l’introduction d’un nouvel élément dans l’alimentation et la réaction de l’enfant aux infections. Car les erreurs du métabolisme d’acides organiques provoquent fréquemment, à de banales infections, des réactions organiques d’une gravité disproportionnée, pouvant exiger l’hospitalisation du patient, souvent même en unité de soins intensifs.

Etant donné que diverses erreurs métaboliques peuvent se manifester sur le plan clinique de façon non spécifique (acidose métabolique, hypoglycémie, convulsions, retard mental), il convient, dans ces cas précis, de demander une série d’examens biologiques, dits « tests de dépistage des erreurs du métabolisme » (Tableau 1). La réalisation de ces tests n’est toutefois rien d’autre qu’une première approche, à la fois ample et superficielle. Des résultats normaux n’excluent pas l’existence d’une maladie métabolique, car diverses EIM n’apparaissent pas à ces examens. Si l’hypothèse diagnostique demeure, il convient de compléter l’investigation par des tests de laboratoire plus spécifiques. Si une anomalie est détectée (présence éventuelle de métabolites anormaux), une étude approfondie de la voie métabolique impliquée s’impose. C’est pour cette raison qu’au SARAH, même en l’absence de symptômes spécifiques, une gazométrie et un dosage de la concentration plasmatique du glucose et de l’ammoniaque s’ajoutent à ces examens de base. Les dosages de lactate et de pyruvate plasmatiques sont importants pour l’investigation de diverses pathologies se manifestant par l’élévation de la concentration plasmatique de l’acide lactique.

a) EIM se manifestant par des déformations du squelette et/ou un tableau neurologique progressifs (Maladies de surcharge lysosomale)

La majorité des maladies métaboliques se manifestant par des déformations du squelette appartient au groupe des maladies de surcharge lysosomale. Celles-ci sont causées par le mauvais fonctionnement d’un enzyme lysosomal, provoquant l’accumulation intralysosomale de macromolécules non digérées. Cette surcharge entraîne une énorme distension de ces organelles et perturbe le fonctionnement cellulaire. Les enfants porteurs de maladies lysosomales sont apparemment normaux à la naissance et, après une période variable de quelques mois en moyenne, commencent à présenter des symptômes caractéristiques. Au SARAH, nous voyons fréquemment des enfants atteints de maladies lysosomales présentant, sur le plan clinique, un ralentissement de la croissance avec déficit pondéral et statural, associé à des déformations du squelette (cyphose, déformations du thorax, épaississement des poignets, genou valgus ou varus, contractures articulaires, faciès grossier, entre autres) et des viscéromégalies éventuellement accompagnées d’atteinte du sistème nerveux central (régression neurologique, convulsions). Ces maladies peuvent également apparaître sous la forme d’une maladie neurologique ‘pure’ (spasticité, convulsion et ataxie, par exemple).

Le Tableau 2 présente une classification des principales maladies lysosomales, avec seulement les aspects cliniques les plus fréquemment observés pour chaque groupe. Les sphingolipidoses, bien que n’occasionnant pas d’anomalies squelettiques, ont été incluses en raison de la similarité des autres caractéristiques cliniques et par le fait qu’elles appartiennent au groupe des maladies lysosomales. Dans le cas spécifique de la maladie de Gaucher, s’observent des déformations, d’apparition généralement tardive et non détectables à la radiographie.

Si les observations cliniques font suspecter une maladie lysosomale, le praticien doit demander une série d’examens biologiques dits « tests de dépistage des maladies de surcharge lysosomale » (Tableau 3). Certaines maladies lysosomales, non détectables par cette technique, imposent, en fonction de l’hypothèse diagnostique, la réalisation de dosages de l’activité d’autres enzymes lysosomales.

b) EIM se manifestant uniquement par des altérations fonctionnelles (neurologiques ou métaboliques)
(Troubles du métabolisme des acides organiques, aminoacides et du cycle de l’urée)

Les symptômes se manifestent, en général, après ingestion protéique par l’enfant. Les tableaux varient : retard du développement psychomoteur, retard mental, irritabilité, tremblements ou ataxie, voire apnée et coma. Certaines de ces pathologies peuvent se présenter comme un choc septique ou comme la mort subite ou « presque mort subite » du nouveau-né. Le fluxogramme du Tableau 3 aide à différencier biochimiquement ces maladies, qui peuvent ou non se manifester par une acidose métabolique, une hypoglycémie ou une hyperammoniémie. Les altérations biochimiques peuvent être constantes ou intermittentes. Dans ce dernier cas, entre les crises intervient fréquemment une normalisation biochimique, rendant difficile, sinon impossible, le diagnostic. Cette normalisation biochimique peut se produire dès les premiers jours suivant l’institution de la thérapeutique parentérale destinée à corriger l’équilibre acido-basique, hydro-électrolytique ainsi que la glycémie. Nous suggérons donc d’effectuer des prélèvements biologiques (sérum, plasma hépariné et urine) et de les congeler avant d’instituer toute mesure thérapeutique. Une précaution qui, de notre point de vue, devrait être systématique dans les services d’urgences pédiatriques, lors de l’admission d’un patient susceptible, même sans évidences cliniques, d’être porteur d’une erreur innée du métabolisme. Si cette hypothèse diagnostique doit ultérieurement être écartée, les prélèvements réalisés ne seront plus nécessaires, mais si elle doit être confirmée, on n’aura alors pas perdu le ‘moment diagnostique’, ce qui se produit souvent dans les hôpitaux non habitués à traiter des enfants porteurs de troubles métaboliques.

c) EIM se manifestant par une hyperlactacidémie

L’acide lactique est le produit du métabolisme anaérobique du glucose, obtenu par la réduction du pyruvate par le complexe enzymatique de la pyruvate déshydrogénase (PDH). Une partie de ce lactate est oxydée dans le muscle squelettique, mais la majeure partie en est transformée en glucose par le foie. Le métabolisme oxydatif du pyruvate est réalisé par la PDH, le cycle de Krebs et la chaîne respiratoire. En revanche, son métabolisme anaérobique se produit sous l’action de l’enzyme pyruvate carboxylase (PC). Toute altération sur l’une de ces voies entraîne une hyperlactacidémie associée, dans certains cas, à une accumulation de pyruvate.

La cause la mieux connue d’élévation plasmatique du lactate est le déficit de l’un des composants du complexe PDH. Les niveaux plasmatiques de lactate peuvent subir une élévation modérée, voire intense, se traduisant par des tableaux cliniques variables, allant de l’ataxie périodique induite par la prise de carbohydrates, à la mort néonatale précoce. Le déficit en PDH peut avoir un mode de transmission autosomique récessif ou dominant lié au chromosome X.

Le déficit en PC peut causer une hyperlactacidémie de degré variable, avec des manifestations cliniques également variables, se présentant sous forme d’un développement psychomoteur lent et pouvant entraîner la mort avant l’âge de trois mois.

Parmi les autres causes d’élévation plasmatique de l’acide lactique figurent certaines acidémies organiques, troubles de l’oxydation des acides gras, mitochondriopathies et glycogénoses. Le diagnostic exige des tests spécifiques, pour lesquels le prélèvement de matériel biologique fait appel à des procédures particulières.

d) Défauts Congénitaux liés à la Glycosylation

Un nouveau groupe de maladies a été récemment décrit, et plus particulièrement ces deux dernières années : les défauts congénitaux liés à la glycosylation. Ceux-ci proviennent de déficits enzymatiques spécifiques entraînant un défaut d’incorporation de résidus d’acide sialique dans diverses glycoprotéines. Ces molécules, à la structure anormale, perdent leur fonction biologique normale et produisent des tableaux cliniques variés, ayant toutefois en commun un retard du développement psychomoteur, des troubles de la coagulation (hyper ou hypocoagulation), strabisme, hypotonie, troubles cérébellaires et, fréquemment, un retard mental. Jusqu’à ce jour, ont été décrites 12 maladies différentes entrant dans ce groupe. Le diagnostic est posé après mise en évidence de glycosylation des glycoprotéines par focalisation isoélectrique de la transferrine. La classification est réalisée sur des bases cliniques. Il n’existe aujourd’hui de traitement que pour une seule de ces maladies.