Dystrophie musculaire facio-scapulo-humérale de type 2

revue neurologique 169 (2013) 564–572

Disponible en ligne sur

www.sciencedirect.com

Pathologie musculaire

Dystrophie musculaire facio-scapulo-hume´rale de type 2 Facioscapulohumeral muscular dystrophy type 2 S. Sacconi a,*,b, C. Desnuelle a,b a Centre de re´fe´rence maladies neuromusculaires, hoˆpital Archet 1, CHU de Nice, BP 3079, 151, route de Saint-Antoinede-Ginestie`re, 06202 Nice cedex 3, France b UMR CNRS 7277, Inserm 1091, faculte´ de me´decine, Tour Pasteur, avenue de Valombrose, 06189 Nice cedex, France

info article

r e´ s u m e´

Historique de l’article :

` l’heure actuelle, le diagnostic de DMFSH2 reste complexe car E´tat des connaissances. – A

Rec¸u le 18 septembre 2012

ne´cessitant un ge´notypage complet du locus D4Z4 et un test de me´thylation spe´cifique. En

Accepte´ le 28 fe´vrier 2013

effet, a` la diffe´rence des patients DMFSH1 qui pre´sentent une contraction pathoge`ne des

Disponible sur Internet le

unite´s re´pe´te´es D4Z4 porte´es par l’extre´mite´ du chromosome 4 permissif (4QA), les patients

20 aouˆt 2013

DMFSH2 exprimant le phe´notype clinique pre´sentent : (1) un nombre normal d’unite´s re´pe´te´es sur les chromosomes 4 (> 11), (2) au moins un alle`le du chromosome 4 de type

Mots cle´s :

4QA et (3) une hypome´thylation significative des loci D4Z4 sur les chromosomes 4 et 10.

Dystrophie musculaire facio-

Perspectives et conclusions. – L’e´tude du mode de transmission de la DMFSH2 sugge`re une

scapulo-hume´rale de type 2

he´re´dite´ dige´nique, l’hypome´thylation seule n’e´tant pas suffisante a` l’expression du phe´-

Hypome´thylation

notype clinique. L’identification des ge`nes et des me´canismes e´pige´ne´tiques a` la base de

DUX4 E´pigenetique

cette maladie facilitera le diagnostic de ces patients et confirmera les hypothe`ses sur le me´canisme physiopathologique commun a` ces deux maladies. # 2013 Elsevier Masson SAS. Tous droits re´serve´s.

He´re´dite´ dige´nique

abstract Keywords:

Introduction. – In recent years, the advances of knowledge in clinical, genetic and epigenetic

Facioscapulohumeral muscular dys-

features of facioscapulohumeral muscular dystrophy (FSHD) allowed the identification of

trophy

two forms of FSHD, the classical autosomal dominant FSHD type 1, and FSHD type 2

Hypomethylation

characterized by an identical clinical phenotype but associated with a different (epi)genetic

DUX4

defect.

Epigenomics

State of the art. – In the large majority of FSHD1 patients, the identification of D4Z4 patho-

Digenic transmission

genic contraction on a permissive chromosome 4 is sufficient for diagnosis, while FSHD2 diagnosis is complicated by the fact that the genetic defect associated with this disease is not known yet and a complete D4Z4 genotype and a D4Z4 specific methylation test are required. Indeed, FSHD2 patients display a non-contracted D4Z4 allele on chromosomes 4, at least one permissive chromosome 4QA and a profound hypomethylation of both chromosomes 4 and 10. A common pathophysiological pathway has been hypothesized for FSHD1 and FSHD2 in order to explain the identical clinical phenotype and the highly similar epigenetic changes

* Auteur correspondant. Adresse e-mail : [email protected], [email protected] (S. Sacconi). 0035-3787/$ – see front matter # 2013 Elsevier Masson SAS. Tous droits re´serve´s. http://dx.doi.org/10.1016/j.neurol.2013.02.004

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found in patients affected by these diseases. According to this hypothesis, chromatin relaxation – due to pathogenic D4Z4 contraction in FSHD1 patients, and to important hypomethylation of this locus in FSHD2 patients – would allow the last D4Z4 unit to encode for a toxic DUX4 transcript. This transcript would be stable only when encoded from a permissive chromosome 4 carrying a polyadenylation signal immediately distal to the last D4Z4 unit on chromosome 4. Perspectives. – Since, to express clinical phenotype, FSHD2 patients have to carry both 4QA chromosome and hypomethylated D4Z4 on chromosomes 4 and 10, digenic transmission has been hypothesized for this disease. The identification of the gene(s) and the exact epigenetic pathway underlining this disease will be mandatory to increase the rate of diagnosis for FSHD2 patients and to confirm the hypothesis of a common FSHD1 and FSHD2 pathophysiological pathway involving DUX4 gene. Conclusions. – The identification, among patients carrying a FSHD phenotype, of FSHD2, a new disease with distinct (epi)genetic features but having a common pathophysiological pathway with FSHD1, suggests the possibility of developping new therapeutic strategies suitable for both diseases. # 2013 Elsevier Masson SAS. All rights reserved.

1.

Introduction

Pour les myologues, le diagnostic clinique de dystrophie musculaire facio-scapulo-hume´rale (DMFSH) a toujours e´te´ conside´re´ comme facile a` poser sur la base du phe´notype clinique hautement caracte´ristique exprime´ par ces patients (Padberg et al., 1991). Cependant, chez environ 5 a` 10 % des cas, le diagnostic de DMFSH ne pouvait pas eˆtre confirme´ par les re´sultats des analyses de biologie mole´culaire (Gilbert et al., 1992, 1993 ; Bakker et al., 1995). En effet, la contraction pathoge`ne d’unite´s re´pe´te´es D4Z4 localise´es sur la portion sous te´lome´rique du chromosome 4 typiquement associe´e a` la forme dominante de DMFSH, dite DMFSH de type 1 (DMFSH1), n’e´tait pas retrouve´e par les techniques d’analyse de routine (Wijmenga et al., 1991 ; Deidda et al., 1996). Ces cas au diagnostic non de´fini pre´sentaient un mode de transmission variable. Si chez certaines familles, un mode de transmission dominant typique de la DMSFH1 e´tait observe´, la grande majorite´ des cas e´taient sporadiques et, dans une minorite´ des familles une transmission re´cessive ne pouvait pas eˆtre e´carte´e. Par ailleurs, deux variants alle´liques du chromosome 4 ont e´te´ identifie´s dans la population ge´ne´rale, et nomme´s 4QA et 4QB (Lemmers et al., 2002, 2004a, 2004b). Ces variants sont localise´s en position distale par rapport au locus D4Z4 dans la partie sous te´lome´rique du chromosome 4. Seul l’alle`le 4QA a e´te´ de´crit comme e´tant associe´ a` l’expression du phe´notype DMFSH, pour cette raison l’alle`le 4QA est dit « permissif », alors que l’alle`le 4qB est dit « non permissif » (Lemmers et al., 2002, 2004a, 2004b, 2010 ; Thomas et al., 2007). La grande majorite´ des patients avec phe´notype clinique DMFSH sans confirmation de biologie mole´culaire, e´taient porteurs d’au moins un alle`le 4QA « permissif ». Chez ces patients, les avance´es des techniques de biologie mole´culaire ont permis d’ame´liorer le taux de de´tection de la contraction pathoge`ne d’unite´s D4Z4 (Sacconi et al., 2006, 2012). Le diagnostic par biologie mole´culaire de DMFSH1 a pu ainsi eˆtre confirme´ chez les patients porteurs d’une de´le´tion du locus D4Z4 tre`s proximale incluant la re´gion de la sonde

p13E11 utilise´e classiquement dans le diagnostic (Lemmers et al., 2003), chez les patients porteurs d’une mosaı¨que somatique dont la quantite´ d’ADN de´le´te´ e´tait particulie`rement faible et pouvait e´chapper a` la de´tection par gel line´aire (Lemmers et al., 2004a, 2004b), et chez les tre`s rares patients porteurs des re´arrangements pathoge`nes entre le chromosome 4 et le chromosome 10 hautement homologues (Lemmers et al., 1998 ; Sacconi et al., 2012). Il faut noter que, du fait de la haute homologie entre ces deux chromosomes, on retrouve dans la population ge´ne´rale un nombre significatif de sujets porteurs de re´arrangements non pathoge`nes entre le chromosome 4 et le chromosome 10 – puisque seules les contractions d’unite´s D4Z4 sur le chromosome 4 sont pathoge`nes, alors que les contractions d’unite´s D4Z4 sur le chromosome 10 ne le sont pas – et cela repre´sente une difficulte´ supple´mentaire au diagnostic mole´culaire. (Lemmers et al., 1998). L’introduction re´cente de la technique de peignage mole´culaire, qui a` l’aide de sondes spe´cifiques permet de visualiser directement, d’une part, les unite´s re´pe´te´es provenant des chromosomes 4 et 10 et, d’autre part, les variants alle´liques 4QA et 4QB, semble eˆtre la solution future a` ces difficulte´s diagnostiques (Nguyen et al., 2011). Une fois e´carte´ les cas pour lesquels un diagnostic de DMFSH1 a pu eˆtre pose´ graˆce a` l’application de techniques plus adapte´es, il reste environ 5 % de patients pre´sentant un phe´notype typique de DMFSH sans solution ge´ne´tique. L’identification chez ces patients d’une anomalie e´pige´ne´tique commune – une importante hypome´thylation des loci D4Z4 sur les chromosomes 4 et 10 – a permis de les diffe´rencier des patients porteurs de la forme classique associe´e a` la contraction pathoge`ne (de Greef et al., 2007). Actuellement, le groupe pathologique repre´sente´ par l’ensemble des patients DMFSH est scinde´ en deux : d’une part, les patients DMFSH de type 1 (DMFSH1) porteurs de la contraction pathoge`ne du locus D4Z4 du chromosome 4 et, d’autre part, les patients DMFSH de type 2 (DMFSH2) porteurs d’alle`les non contracte´s et d’une hypome´thylation marque´e des chromosomes 4 et 10 (de Greef et al., 2009).

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L’e´tude des patients DMFSH1 et DMFSH2 et de leur famille a montre´ un point commun a` ces deux maladies : le fait que le phe´notype clinique n’est exprime´ qu’en pre´sence d’au moins un chromosome 4 dit « permissif » (4QA) (de Greef et al., 2009, 2010 ; Sacconi et al., 2012). Sur la base de cette analogie et de par la pre´sence d’un phe´notype clinique identique, l’hypothe`se actuellement retenue est que la DMFSH1 et la DMFSH2 pourraient avoir un me´canisme physiopathologique identique, bien qu’une base ge´ne´tique diffe´rente. Dans ce contexte, l’e´tude de´taille´e des caracte´ristiques cliniques, de transmission ge´ne´tique et des anomalies e´pige´ne´tiques pre´sentes chez les patients atteints de DMFSH2 reste d’importance fondamentale pour identifier l’anomalie mole´culaire responsable de la DMFSH2 et mieux en de´finir la physiopathologie.

2. Caracte´ristiques cliniques des patients atteints de DMFSH2 ` ce jour, peu de patients atteints de DMFSH2 sont identifie´s A dans le monde en raison, d’une part, de sa rarete´ – puisqu’elle ne repre´sente qu’environ 5 % des patients DMFSH, sa pe´ne´trance serait donc aux alentours de 1/100 000 – mais aussi, d’autre part, a` cause de la difficulte´ technique de son diagnostic. Deux e´tudes ont e´te´ publie´es de´crivant les

caracte´ristiques cliniques de ces patients. La premie`re porte sur 27 familles incluant 33 patients atteints de DMFSH2 (de Greef et al., 2010). Ces patients ont e´te´ soumis a` une analyse de´taille´e des caracte´ristiques cliniques incluant l’aˆge de de´but des symptoˆmes, le symptoˆme initial, la progression de la maladie, la se´ve´rite´ de l’atteinte musculaire et la fre´quence des atteintes extra-musculaires. Cette analyse confirme que le tableau clinique pre´sente´ par les patients DMFSH2 est identique a` celui des patients DMFSH1 (Fig. 1). Le phe´notype des patients DMFSH2 comprend en effet une atteinte pre´coce des muscles de la face, et plus particulie`rement des muscles orbiculaires des yeux et des le`vres, associe´e a` une atteinte des muscles de la ceinture scapulaire. La progression de la maladie est typiquement descendante. Les muscles hume´raux, les muscles abdominaux et les muscles de la loge ante´ro-externe de la jambe sont particulie`rement atteints, correspondant parfaitement au pattern d’atteinte se´lective des patients DMFSH1. Ainsi, chez les patients DMFSH2, comme chez les patients DMFSH1, certains muscles, et plus particulie`rement les muscles deltoı¨des, le chef supe´rieur des muscles trape`zes et les muscles quadriceps, sont longtemps e´pargne´s. La surdite´ neurosensorielle, une des atteintes extra-musculaires plus fre´quemment retrouve´e chez les patients DMFSH1 (Trevisan et al., 2008), a e´te´ aussi mise en e´vidence chez 18 % des patients DMFSH2, tandis que la vasculopathie re´tinienne retrouve´e assez rarement et seulement chez les

Fig. 1 – Aspects cliniques de la DMFSH1 et de la DMFSH2. Les tableaux cliniques de la dystrophie musculaire facio-scapulo` gauche, un patient atteint de DMFSH de type hume´rale de type 1 (DMFSH1) et de type 2 (DMFSH2) sont identiques. A ` droite, un patient atteint de 1 associe´e a` une contraction pathoge`ne du chromosome 4QA a` six unite´s re´pe´te´es D4Z4. A DMFSH de type 2, porteur des deux alle`les de taille I 11 unite´s re´pe´te´es, d’un chromosome permissif 4QA et d’une hypome´thylation marque´e des deux chromosomes 4 et 10. La dure´e de maladie chez ces deux patients est de 15 ans. A. ˆ a` l’atteinte musculaire se´lective Faiblesse asyme´trique des muscles orbiculaires des yeux. B. Aspect typique des e´paules du et asyme´trique. C. De´collement des omoplates avec nette asyme´trie.

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patients DMFSH1 porteurs des contractions D4Z4 les plus se´ve`res (Padberg et al., 1995) n’a pas e´te´ retrouve´e chez les patients DMFSH2. Une des diffe´rences notables entre les patients atteints de ces deux formes de DMFSH concerne l’aˆge d’apparition des symptoˆmes qui est plus tardif chez les patients atteints de DMFSH2, donnant lieu a` des cas d’atteinte moins se´ve`re. Une autre diffe´rence concerne la grande fre´quence des cas sporadiques, repre´sentant, dans cette e´tude, la large majorite´ des patients DMFSH2 (20/33 soit 67 %) et le mode de transmission de la maladie. La DMFSH1 est lie´e a` une contraction pathoge`ne d’unite´s re´pe´te´es D4Z4 sur un chromosome 4QA, transmise de manie`re autosomique dominante, tandis que, dans les cas familiaux de DMFSH2 identifie´s, le mode de transmission paraıˆt tre`s difficile a` e´tablir, pouvant eˆtre dominant dans certaines familles (transmission parent/ fils) et re´cessif dans d’autres (plusieurs fre`res/sœurs atteints alors que les parents sont indemnes) (de Greef et al., 2010). La deuxie`me e´tude publie´e (Sacconi et al., 2012) porte sur 16 patients pre´sentant un phe´notype clinique de DMFSH sans contraction pathoge`ne du locus D4Z4 sur les chromosomes 4 analyse´ par techniques de routine utilise´e dans la plupart des laboratoires de biologie mole´culaire (Deidda et al., 1996). Les crite`res cliniques d’inclusion dans l’e´tude sont la pre´sence de trois ou plus des crite`res suivants :     

e´vidence d’he´re´dite´ autosomique dominante, atteinte des muscles faciaux, atteinte des muscles de la ceinture scapulaire, atteinte des muscles de loge ante´rieure des jambes, asyme´trie de l’atteinte musculaire.

Les patients pre´sentant une atteinte cardiaque ou respiratoire ou un e´lectromyogramme alte´re´ et/ou une biopsie musculaire e´vocatrice d’une autre pathologie musculaire ont e´te´ exclus. Tous les patients ont e´te´ soumis a` un ge´notypage complet des loci D4Z4 incluant la de´termination de l’haplotype alle´lique, et a` un se´quenc¸age direct des ge`nes de la calpaı¨ne 3 (CAPN3), de la valosine (VCP), et du ge`ne FHL1, dans la mesure ou` des mutations dans ces ge`nes ont e´te´ rapporte´es en association a` des phe´notypes cliniques pouvant ressembler a` une DMFSH. Nous avons identifie´ deux patients pour lesquels le diagnostic de DMFSH1 n’a pas e´te´ pose´ puisqu’il a e´chappe´ aux me´thodes de de´tection classiques de la contraction pathoge`ne. Il s’agit dans un cas, d’une mosaı¨que somatique avec faible pourcentage de l’alle`le pathoge`ne contracte´, et dans l’autre, d’un re´arrangement pathoge`ne entre le chromosome 4 et le chromosome 10. Dans six cas sur 16 (37,5 %), nous avons pu poser un diagnostic de DMFSH2, puisque ces patients pre´sentaient une hypome´thylation marque´e de la re´gion D4Z4, au moins un chromosome 4 « permissif » de type 4QA, en absence de contraction pathoge`ne typiquement associe´e a` la DMFSH1. Il est inte´ressant de noter qu’il ne s’agissait que de cas sporadiques de DMFSH2. De plus, l’e´tude de transmission chez ces familles a permis d’e´mettre l’hypothe`se que la DMFSH2 serait une maladie a` transmission dige´nique. En effet, nous avons retrouve´ des sujets apparente´s aux patients DMFSH2 totalement

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asymptomatiques qui e´taient porteurs soit de l’hypome´thylation en absence de chromosome « permissif », soit d’au moins un chromosome « permissif » en l’absence d’hypome´thylation, confirmant ainsi que pour de´velopper la DMFSH2 les deux conditions sont ne´cessaires. Chez six patients sur 16, des mutations dans d’autres ge`nes ont e´te´ retrouve´es (ge`ne CAPN3 chez 4 ; ge`ne VCP chez 2). Chez ces patients, nous avons pu souligner quelques petits e´le´ments de diffe´rence concernant leur phe´notype clinique. Ces diffe´rences concernent l’atteinte musculaire qui est syme´trique et pre´domine au niveau des membres infe´rieurs dans la majorite´ de ces cas, et les valeurs de CK, qui sont plus e´leve´es que celles ge´ne´ralement observe´es chez les patients DMFSH. De plus, nous avons note´ qu’a` la diffe´rence des patients DMFSH1 et DMFSH2, chez les patients porteurs de mutations dans les ge`nes VCP et CAPN3, les muscles orbiculaires des yeux ne sont jamais touche´s. Nous avons conclu qu’en absence de l’identification de l’anomalie ge´ne´tique spe´cifique, de la DMFSH1, le diagnostic de DMFSH2 peut eˆtre pose´ seulement suite a` un ge´notypage complet des loci D4Z4 et un test de me´thylation spe´cifique (voir paragraphe suivant), et pas seulement sur la base du phe´notype clinique. En effet, parmi les patients avec phe´notype typique de DMFSH sans confirmation de biologie mole´culaire, on peut retrouver des patients DMFSH2, mais aussi des patients DMFSH1 non diagnostique´s et des patients atteints d’autres myopathies ge´ne´tiquement de´finies. Ces myopathies phe´notypiquement proches doivent eˆtre attentivement recherche´es, meˆme en absence d’e´le´ments d’orientation a` la biopsie musculaire, et ce d’autant plus quand le test de me´thylation et le ge´notypage ont exclu les diagnostics de DMFSH de type 1 et de type 2. Une attention particulie`re doit eˆtre porte´e aux de´tails se´miologiques qui diffe´rencient le phe´notype DMFSH des atteintes musculaire des dystrophies des ceintures et d’autres myopathies similaires. Il est tre`s important d’e´tablir si le patient « dors les yeux ouverts », a` cause de la faiblesse des muscles orbiculaires des paupie`res spe´cifiquement implique´e dans la DMFSH, a un « sourire transversale » ou les « avant-bras de Popeye » a` cause respectivement de la spe´cificite´ de l’atteinte des muscles orbiculaires des le`vres ou de la caracte´ristique de l’atteinte des muscles hume´raux avec deltoı¨des e´pargne´s. L’asyme´trie de l’atteinte musculaire est une caracte´ristique distinctive qui, quand elle n’est pas visible a` l’examen clinique, est pratiquement toujours retrouve´e a` l’interrogatoire de l’histoire e´volutive de la maladie (Fig. 1C). Si le de´collement des omoplates est e´galement fre´quent dans d’autres dystrophies musculaires, l’asyme´trie et l’atteinte pre´dominante sur les chefs moyen et infe´rieur des muscles trape`zes, associe´es a` une hypertrophie compensatoire du chef supe´rieur de ces muscles confe`rent un aspect particulier aux e´paules des patients atteints de DMFSH, facilement reconnaissable par un examinateur averti. Le signe de Beevor, c’est-a`-dire l’ascension de l’ombilic lors de l’ante´flexion de la teˆte due a` une atteinte pre´dominante de la partie infe´rieur du muscle droit de l’abdomen, doit eˆtre recherche´ puisque la spe´cificite´ et la sensibilite´ de ce signe dans le diagnostic de DMFSH sont tre`s e´leve´es (Shahrizaila et Wills, 2005).

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En conclusion, un diagnostic de DMFSH2 doit eˆtre envisage´ en pre´sence d’un tableau clinique typique de DMFSH sans confirmation en biologie mole´culaire. Toutefois, le recours a` des techniques biologiques d’expertise est indispensable afin d’exclure de´finitivement le diagnostic de DMFSH1 ou d’une autre myopathie phe´notypiquement similaire.

3. Aspects ge´ne´tiques et e´pige´netiques de la DMFSH2 ` l’heure actuelle, le ge`ne ou l’anomalie ge´ne´tique responA sable de la DMFSH2 n’a pas encore e´te´ identifie´, en conse´quence, le diagnostic de ces patients est avant tout un diagnostic d’exclusion (Fig. 2). Sur le plan clinique, il faut tout d’abord rechercher les caracte´ristiques cliniques de´ja` cite´es

permettant de distinguer la DMFSH des autres myopathies des ceintures. Sur le plan du diagnostic mole´culaire, une DMFSH1 associe´e a` une contraction du locus D4Z4 dans la re´gion sous te´lome´rique du chromosome 4, pre´sente chez 90– 95 % des patients avec un phe´notype typique, doit en premier lieu eˆtre exclue. L’utilisation de techniques plus avance´es de de´tection, dont la plus re´cente est le peignage mole´culaire, s’ave`re utile pour identifier les cas de DMFSH1 les plus complexes a` diagnostiquer. Une biopsie musculaire est ne´cessaire afin d’exclure le diagnostic des myopathies avec phe´notype clinique similaire ; entre autres : certaines myopathies des ceintures, glycoge´noses de type II (maladie de Pompe) et de type V (maladie de McArdle), myopathies a` accumulation de myosine, myopathies myofibrillaires et mitochondriales. Ces diagnostics doivent eˆtre conside´re´s aussi, en absence

Fig. 2 – Flow chart pour orienter le diagnostic de la DMFSH.

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d’e´le´ments caracte´ristiques dans la biopsie musculaire, surtout quand l’atteinte musculaire est tre`s syme´trique et les valeurs de cre´atine kinase sont tre`s e´leve´es (Sacconi et al., 2012). Chez les patients pre´sentant un phe´notype DMFSH typique, pour lesquels aucun autre diagnostic ne peut eˆtre e´voque´, il est possible d’envisager le diagnostic de DMFSH2 (Fig. 2). Par de´finition, les patients atteints de DMFSH2 sont porteurs d’alle`les D4Z4 non contracte´s sur le chromosome 4 et d’un relaˆchement de la structure de la chromatine duˆ a` une perte de la me´thylation de l’ADN sur les deux chromosomes 4 et 10 et de meˆme que chez les patients DMFSH1, les patients DMFSH2 doivent eˆtre porteurs d’au moins un chromosome permissif 4QA. Actuellement, le diagnostic de DMFSH2 est base´ sur un ge´notypage complet du locus D4Z4 et d’un test de me´thylation spe´cifique (de Greef et al., 2009, 2010). Le ge´notypage implique une analyse de la longueur du locus D4Z4 sur les chromosomes 4 et 10 et une analyse des haplotypes des chromosomes 4q et 10q et il est ne´cessaire, d’une part, afin d’exclure de´finitivement le diagnostic de DMFSH1 et, d’autre part, pour s’assurer de la pre´sence d’au moins un chromosome permissif 4QA. Le test de me´thylation permet de quantifier le niveau de me´thylation des unite´s re´pe´te´es D4Z4 des chromosomes 4q et 10q, graˆce a` l’utilisation combine´e d’enzymes de restriction sensibles a` la me´thylation (BsaAI, FseI, CpoI) et d’enzymes de restriction permettant de distinguer le chromosome 4 du chromosome 10 (BlnI, BglII, Eco91I, EcoRI, XapI) selon des protocoles e´tablis (de Greef et al., 2007, 2009, 2010 ; Sacconi et al., 2012). Les valeurs seuils chez les patients DMFSH2 ont e´te´ e´tablies respectivement a` 38 % pour BsaAI, a` 28 % pour FseI, a` 57 % pour CpoI (4q) et a` 56 % pour CpoI (10q) (de Greef et al., 2010). Ces valeurs ont e´te´ de´termine´es sur la base de valeurs de me´thylation moyennes de ces enzymes de restriction sur 50 sujets te´moins inde´pendants. Chez les patients DMFSH1, la perte de la me´thylation est restreinte a` l’alle`le D4Z4 contracte´ sur le chromosome 4QA et le relaˆchement de la chromatine est duˆ principalement a` la contraction pathoge`ne d’unite´s re´pe´te´es D4Z4 (de Greef et al., 2007, 2009). Pour ces patients, le test de me´thylation n’est pas assez sensible et spe´cifique pour pouvoir eˆtre utilise´ a` des fins diagnostiques (Van Overveld et al., 2000), mais pourrait avoir une utilite´ dans l’explication de la modification de se´ve´rite´ du phe´notype clinique entre patients porteurs de la meˆme contraction. Sur le plan ge´ne´tique, la DMFSH1 est transmise de manie`re autosomique dominante tandis que dans les familles DMFSH2, plusieurs modalite´s de transmission ont e´te´ envisage´es, sans une ve´ritable explication ge´ne´tique (de Greef et al., 2010). Plusieurs ge`nes candidats implique´s dans l’assemblage de la chromatine ont de´ja` e´te´ e´tudie´s et aucune mutation n’a e´te´ retrouve´e. De plus, les e´tudes de « linkage » classique n’ont donne´ aucun re´sultat (de Greef et al., 2007). Cependant, l’e´tude de familles atteintes de DMFSH2 a confirme´ que deux conditions doivent coexister afin de de´velopper l’atteinte musculaire : la pre´sence d’un alle`le permissif 4QA et d’une perte de me´thylation de l’ADN des loci D4Z4 sur les chromosomes 4 et 10 sont suffisantes a` induire un relaˆchement de la chromatine de ces re´gions. Il est donc possible d’envisager une he´re´dite´ dige´nique, avec se´gre´gation

569

inde´pendante de l’alle`le permissif D4Z4 et de l’anomalie ge´ne´tique responsable de la perte de me´thylation de ces loci, ce qui expliquerait la difficulte´ a` de´terminer le mode de transmission de cette maladie et a` en identifier le ge`ne responsable. Sur la base de ces conside´rations, des e´tudes sont en cours pour de´terminer l’anomalie ge´ne´tique responsable de la perte de me´thylation chez les patients DMFSH2.

4.

Me´canisme physiopathologique

Ces dernie`res anne´es, plusieurs hypothe`ses concernant le me´canisme physiopathologique de la DMFSH1 ont mene´ a` des re´sultats discordants. Dans la majorite´ des cas, il s’agit d’hypothe`ses qui ne peuvent pas expliquer dans la totalite´ soit la concordance des aspects cliniques de la DMFSH1 et de la DMFSH2, soit les aspects ge´ne´tiques et e´pige´ne´tiques que ces deux maladies ont en commun ou pour lesquels elles diffe´rent (de Greef et al., 2009). Quoiqu’il en soit, la pre´sence d’un alle`le permissif 4QA paraıˆt eˆtre le pre´-requis indispensable pour de´velopper l’une ou l’autre de ces deux maladies. Chez les patients DMFSH1, cet alle`le est contracte´ de manie`re telle que le nombre d’unite´s re´pe´te´es D4Z4 soit infe´rieur a` 11 pour induire un relaˆchement pathoge`ne de la structure de la chromatine (Wijmenga et al., 1991). La meˆme contraction dans un chromosome 4QB ou dans un chromosome 10 n’est pas associe´e avec une pathologie (Lemmers et al., 2004a, 2004b ; Thomas et al., 2007), ce qui confirme le roˆle de l’e´pige´ne´tique dans la pathophysiologie de la DMFSH1. Chez les patients DMFSH2, porteurs d’alle`les 4QA non contracte´s de taille e´gale ou supe´rieur a` 11, le relaˆchement de la structure de la chromatine est due a` l’hypome´thylation. L’hypothe`se physiopathologique qui en de´coule est que l’apparition du phe´notype clinique chez les patients DMFSH1 et DMFSH2 est lie´e a` un relaˆchement de la chromatine ayant lieu dans un alle`le permissif 4QA de manie`re « de´pendante de la contraction » pour les patients DMFSH1, et de manie`re « inde´pendante de la contraction » pour les patients DMFSH2 (de Greef et al., 2010). Dans les cellules humaines, les modifications e´pige´netiques permettent d’adapter l’expression des ge`nes a` diffe´rents moments de la vie cellulaires telles que le de´veloppement embryonnaire, la diffe´renciation post-natale, la re´ponse a` l’environnement, etc. Les perturbations de la balance e´pige´ne´tique ont pour conse´quence une modification, ge´ne´ralement de´le´te`re, de l’expression d’un ou plusieurs ge`nes. Chez les patients atteints de DMFSH1 et DMSFH2, les conse´quences spe´cifiques du relaˆchement de la chromatine du locus D4Z4 sur un alle`le 4QA ont e´te´ e´tudie´es. Ce locus est particulie`rement riche en nucle´otides Cytosine (C) et Guanine (G) qui sont organise´s de manie`re spe´cifique (ratio GpC:CpG de 0,8) a` former des unite´s re´pe´te´es de 3,3 kb, nomme´es D4Z4. Chacune de ces unite´s contient un cadre de lecture ouvert codant pour le re´troge`ne double homeobox ge`ne 4 (DUX4), hautement toxique (Lee et al., 1995 ; Gabriels et al., 1999). Ce ge`ne n’est pas exprime´ dans les tissus somatiques musculaires des sujets sains, mais son expression a e´te´ retrouve´e chez des sujets atteints de DMFSH1 (Dixit et al., 2007 ; Snider et al., 2010 ; Tsumagari et al., 2011 ; Geng et al., 2012) et DMFSH2 (Snider et al., 2010). Le ge`ne DUX4 pourrait donc eˆtre implique´

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dans le me´canisme physiopathologique commun a` ces deux maladies, d’autant plus que l’absence totale d’unite´s re´pe´te´es sur le chromosome 4 avait e´te´ rapporte´e comme non pathoge`ne (Tupler et al., 1996) et que l’induction de l’expression de ce ge`ne dans des mode`les de cellules somatiques humaines a donne´ des re´sultats tre`s de´le´te`res (Vanderplanck et al., 2011 ; Wallace et al., 2011). Pour valider l’hypothe`se que DUX4 repre´sente le point de convergence de la cascade physiopathologique de la DMFSH1 et de la DMSFH2, il faut toutefois se poser des questions. La premie`re question est

d’expliquer pourquoi la se´ve´rite´ du tableau clinique exprime´ chez les patients DMFSH1 est inversement proportionnelle au nombre d’unite´s re´pe´te´es, puisque chaque unite´ re´pe´te´e peut coder pour le ge`ne DUX4. La deuxie`me question est de savoir de quelle manie`re le variant alle´lique 4QA est le de´terminant de l’expression du phe´notype clinique, tandis que les alle`les contracte´s 4QB ou 10 ne sont associe´s a` aucune manifestation pathologique. Les re´ponses sont venues d’une observation clinique. Nous avons en effet identifie´ une famille de patients atteints de DMFSH1 chez lesquels une seule unite´ re´pe´te´e

Fig. 3 – Ge´ne´tique et e´pige´ne´tique dans la DMFSH. A. Chez les sujets te´moins, le locus D4Z4 localise´ dans la portion te´lome´rique du chromosome 4 (4q35) est compose´ d’un nombre d’unite´s re´pe´te´es I 11, il est tre`s fortement me´thyle´ (carreaux noirs > carreaux blancs) donnant lieu a` une structure he´te´rochromatique (cercles gris continus) qui empeˆche la transcription de DUX4. B. Chez les patients DMFSH1, la contraction pathoge`ne du locus D4Z4 sur un chromosome 4QA (< 11 UR) est associe´e a` une hypome´thylation mode´re´e (carreaux noirs < carreaux blancs) et de´termine un relaˆchement de la chromatine (cercles gris discontinus) qui, en pre´sence du signal de polyade´nylation, favorise la transcription de transcrits DUX4 stables a` partir de l’UR D4Z4 la plus distale. Chez les patients DMFSH2 qui ne pre´sentent pas de contraction pathoge`ne, le relaˆchement de la chromatine (cercles gris discontinus) est induit par une hypome´thylation marque´e (carreaux blancs) des deux chromosomes 4 et 10 et a la meˆme conse´quence pathologique que chez les patients DMFSH1. En effet, en pre´sence d’un signal de polyade´nylation porte´ par un chromosome permissif 4QA, le relaˆchement de la chromatine induit l’expression des transcrits DUX4 stables a` partir de l’UR D4Z4 la plus distale.

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(la dernie`re) e´tait suffisante pour de´terminer l’apparition du phe´notype clinique. L’attention s’est donc porte´e sur cette dernie`re unite´ et sur la re´gion te´lome´rique du chromosome 4 localise´e a` la proximite´ distale de cette unite´ (Lemmers et al., 2010 ; Sacconi et al., 2012). L’e´tude de cette re´gion a permis de mettre en e´vidence chez les sujets porteurs d’un chromosome « permissif » 4QA un signal de polyade´nylation qui n’e´tait pas pre´sent dans les chromosomes « non permissifs » de type 4QB ou 10. Il a e´te´ montre´ ensuite que, bien que toutes les unite´s re´pe´te´es sur les chromosomes 4 et 10 soient capables de coder pour la transcription de DUX4 lors d’une relaxation de la chromatine due a` une contraction ou a` une hypome´thylation marque´e, la plupart des transcrits sont rapidement de´grade´s. Seul le transcrit DUX4 de la dernie`re unite´ re´pe´te´e D4Z4 est stable, graˆce a` la pre´sence du signal de polyade´nylation contenu dans la partie distale d’un chromosome permissif de type 4QA (Lemmers et al., 2010). La DMFSH1 et la DMFSH2 seraient donc le re´sultat de la meˆme cascade physiopathologique provoque´e par les modifications de la chromatine du locus D4Z4 de´terminant l’expression stable du transcrit DUX4 dans le muscle squelettique seulement en pre´sence d’un chromosome 4QA dit « permissif » puisqu’il pre´sente un signal polymorphique de polyade´nylation spe´cifique (Fig. 3). DUX4 est un facteur de transcription des ligne´es germinales. Son expression dans le muscle squelettique induit l’expression de ge`nes implique´s dans des programmes d’activation des cellules souches et des ligne´es germinales en perturbant la dynamique normale de prolife´ration et de diffe´renciation musculaire (Geng et al., 2012). L’expression de DUX4 est faible et limite´e dans le temps a` une feneˆtre spe´cifique tandis que les ge`nes induit par DUX4 sont exprime´s de manie`re plus consistante et stable et pourraient repre´senter des biomarqueurs potentiels et des cibles the´rapeutiques a` analyser dans des futures e´tudes.

5.

Conclusion

La DMFSH de type 2 semble eˆtre une maladie a` transmission dige´nique : elle ne´cessite pour s’exprimer la pre´sence simultane´e de deux conditions, he´rite´ de manie`re inde´pendante : un chromosome permissif de type 4QA et une anomalie ge´ne´tique de´terminant une hypome´thylation marque´e des loci D4Z4 sur les chromosomes 4 et 10. L’identification de l’anomalie ge´ne´tique responsable de l’hypome´thylation permettra de simplifier le diagnostic de cette rare affection et de confirmer de´finitivement l’hypothe`se d’une cascade physiopathologique commune entre la DMSFH1 et la DMSFH2, impliquant le de´re`glement de l’expression du ge`ne DUX4 et de ces ge`nes cible. La validation de cette hypothe`se expliquera le fait que les patients atteints de ces deux affections pre´sentent un phe´notype clinique tout a` fait superposable et permettra le de´veloppement de strate´gies the´rapeutiques communes.

De´claration d’inte´reˆts Les auteurs de´clarent ne pas avoir de conflits d’inte´reˆts en relation avec cet article.

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Remerciements Nous tenons a` remercier l’ensemble des patients ayant participe´ aux diffe´rentes e´tudes cite´es ainsi que l’association franc¸aise contre les myopathies (AFM), et Mlle Pauline Lahaut pour la relecture critique de cet article.

r e´ f e´ r e n c e s

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