Les variations des nombres de copies (VCN) sont un type de variation génomique structurelle caractérisée par la suppression ou la duplication de segments d'ADN allant d'environ 1 kilobase (kb) à plusieurs mégabases (Mb). Contrairement aux variantes de nucléotides uniques (VSN), les VNC modifient le dosage des gènes et des éléments régulateurs, affectant directement l'expression des gènes et la fonction cellulaire. Elles expliquent une part importante de la diversité génétique humaine et sont de plus en plus reconnues comme des contributeurs importants à la fois aux troubles monogéniques rares et aux maladies complexes communes.

Comprendre les variations de nombre de copies

Les VNC proviennent de la recombinaison homologue non allélique (NAHR), de l'assemblage de bouts non homologus (NHEJ) et de mécanismes fondés sur la réplication tels que le décrochage de fourches et le changement de gabarit (FoSTeS) ou la réplication induite par la rupture par microhomologie (MMBIR). Ces événements surviennent pendant la méiose ou la mitose et peuvent produire des gains ou des pertes de matériel génomique.

La fréquence des VCN varie selon le génome; certaines régions, appelées points chauds du VNC, sont sujettes à des réarrangements récurrents en raison de duplications segmentaires (répétitions à faible copie).Ces points chauds sont souvent associés à des troubles génomiques. Les VNC peuvent être hérités d'un modèle mendélien ou se produire de novo, surtout dans les troubles neurodéveloppementaux.

Impact sur les troubles génétiques

De nombreux troubles génétiques bien caractérisés sont directement causés par des VNC spécifiques, souvent appelés troubles génomiques. Ces affections découlent généralement de suppressions ou de duplications qui modifient le nombre de copies d'un ou plusieurs gènes sensibles à la posologie.

22q11.2 Syndrome de la suppression (syndrome de DiGeorge)

Une délétion de 1,5 à 3 Mb sur le chromosome 22q11.2 élimine environ 30 à 50 gènes, dont TBX1, un régulateur clé du développement cardiaque et parathyroïdien. Les caractéristiques cliniques comprennent des défauts cardiaques corotruncal (tétralogie de Fallot, arc aortique interrompu), une éryplasie thymique entraînant une déficience immunitaire, une hypocalcémie due à une hypoplasie parathyroïde, des anomalies palatales et des caractéristiques faciales.

Maladies de type 1A de Charcot-Marie-Tooth

Cette neuropathie périphérique héréditaire résulte d'une duplication de 1,5 Mb sur le chromosome 17p12 qui comprend le gène PMP22. La copie supplémentaire entraîne une surexpression de la protéine myéline périphérique 22, qui perturbe la formation de gaine myéline dans les nerfs périphériques. Les symptômes comprennent la faiblesse musculaire distale et l'atrophie, les déformations des pieds (pes cavus) et la perte sensorielle, qui commence généralement dans la première ou la deuxième décennie de vie.

Syndrome de Williams-Beuren

La perte d'un allèle ELN entraîne des défauts vasculaires tels que la sténose aortique supravalvulaire et la sténose pulmonaire périphérique. D'autres caractéristiques comprennent le faciès caractéristique «elfin» (grande bouche, lèvres pleines, plénitude périorbitale), une déficience intellectuelle avec un profil cognitif distinctif (souple mémoire verbale à court terme mais faible capacité visuospatiale), la personnalité grégaire, les maladies cardiovasculaires, l'hypercalcémie de l'enfance et le retard de croissance. La suppression provient du NAHR entre les répétitions à faible copie.

Syndrome de Smith-Magenis

Ce syndrome de micro-délection implique une suppression de 3,5 Mb sur le chromosome 17p11.2, y compris le gène RAI1. Les caractéristiques cliniques comprennent des caractéristiques faciales distinctes (brachycéphalie, hypoplasie du milieu de la face, bouche en baisse), déficience intellectuelle, retard de la langue expressive, troubles du sommeil dus au rythme de la mélatonine inversé, comportements auto-infligés (sang de tête, cueillir la peau) et l'obésité. RAI1 est un facteur de transcription sensible au dosage; l'aplo-insuffisance est responsable de la plupart des caractéristiques phénotypiques.

Neurofibromatose de type 1

Bien que la plupart du temps causée par des mutations ponctuelles dans NF1, une minorité de cas (environ 5-10%) impliquent une micro-suppression de 1,2 à 1,5 Mb sur le chromosome 17q11.2 qui englobe NF1 et des gènes adjacents. Ces patients ont tendance à avoir un phénotype plus sévère avec début précoce, plus de neurofibromes, de déficits cognitifs, de dysmorphisme facial et un risque accru de tumeurs malignes de gaine nerveuse périphérique.

Syndromes supplémentaires

  • Syndrome de Prader-Willi: Peut résulter de la suppression paternelle de 15q11-q13 (70% des cas).
  • Syndrome d'Angelman: Suppression maternelle de la même région de 15q11-q13 (70% des cas).
  • Le syndrome de Potocki-Lupski:[ La duplication de 17p11.2 (réciproque de la suppression de Smith-Magenis) provoque une déficience intellectuelle, un autisme et des anomalies congénitales.
  • 22q11.2 Syndrome de duplication:[ De nombreuses caractéristiques se chevauchent avec le syndrome de délétion, mais souvent plus doux, soulignant que la perte et le gain de la même région peuvent être pathogènes.

Ces exemples soulignent que les VNC peuvent produire des syndromes distincts selon la région génomique altérée, les gènes impliqués et la direction du changement de nombre de copies. Le spectre phénotypique des troubles associés au VNC est large, influencé par une pénétration incomplète et une expressivité variable, ce qui complique les corrélations génotype-phénotype.

VCN et risque de maladie

Au-delà des rares troubles syndromiques, les VNC contribuent au risque de maladies complexes courantes en modifiant la posologie des gènes, en perturbant les réseaux de régulation ou en démasquant les allèles récessifs. La contribution des VNC au risque de maladie peut être subtile, ce qui nécessite des études de cohorte importantes pour la détection.

Troubles neuropsychiatriques

Troubles du spectre de l'autisme (DSE) :[ De nombreuses études ont identifié des VCN rares, de grande taille (souvent >250 ko) chez des personnes atteintes de DSE. Les locus récurrents comprennent 16p11.2 suppressions et duplications, 7q11.23 duplications, 22q11.2 suppressions et 22q13.3 suppressions (SHANK3. Ces VNC sont souvent de novo et ont une forte pénétrance. Les patients atteints de DSE peuvent également porter plusieurs VNC, ce qui suggère un fardeau oligogénique ou polygénique. La contribution des petits VNC communs est plus modeste mais plus importante collectivement.

NHGRI explique la prévalence du VNC chez les VNC.

Schizophrénie: Des études d'association génomique à grande échelle (SGE) de VNC ont identifié plusieurs locus à risque, y compris des suppressions à 22q11.2 (OR ~20–30), 1q21.1, 3q29, 15q13.3, 16p11.2, et des duplications à 7q11.23 et 16p13.1. Ces VNC affectent les gènes impliqués dans la plasticité synaptique, le développement neuronal et la fonction immunitaire. Le risque attribuable à la population est faible (chacun des VNC explique <1% des cas), mais pour les porteurs, le risque de développer la schizophrénie est considérablement élevé. La suppression 22q11.2 est le facteur de risque génétique le plus connu de schizophrénie, qui se produit chez environ 1 à 2% des patients.

Trouble bipolaire: Bien que moins étudié, le fardeau du VNC est également élevé dans le trouble bipolaire, avec un certain chevauchement avec les loci associés à la schizophrénie, suggérant une architecture génétique partagée.

Cancer

GFR[ dans le glioblastome) ou suppression du gène suppresseur de tumeur (CDKN2A/B sur 9p21,3, PTEN[ sur 10q23.31, ]TP53 sur 17p13.1). Les amplifications et les suppressions focales aident à définir les sous-types du cancer et à guider les décisions thérapeutiques. Par exemple, [HER2] (H) sont régulièrement testées dans le cancer du sein pour déterminer l'admissibilité au cancer: [FLT]

Troubles cardiovasculaires et métaboliques

Les pertes de VNC sont de plus en plus liées aux maladies cardiaques congénitales (MCH).Les suppressions au 22q11.2, 1q21.1, 8p23.1, 16p13.11, et d'autres sont observées chez 3-10% des patients atteints de MCH. De grandes études de population ont également montré que les VNC rares augmentent le risque d'hypertension, de maladie coronarienne et de diabète de type 2. Par exemple, une suppression fréquente au 2q31.1 près du gène ZNF385B est associée à une élévation du taux de glucose à jeun et au risque de diabète.

Sensibilité aux maladies infectieuses

De nouvelles données suggèrent que les VNC influencent la réponse immunitaire des hôtes aux agents pathogènes. Le nombre de copies du gène CCL3L1 varie d'une personne à l'autre et de la population; des nombres de copies plus faibles sont associés à une sensibilité accrue à l'infection par le VIH et à la progression vers le sida.

L'étude des VCN dans les maladies complexes est difficile en raison de leur faible fréquence, de la nécessité de recueillir des échantillons de grande taille et de la nécessité d'obtenir des données précises sur les VNC provenant de réseaux ou de séquençages.

Détection et caractérisation des VCN

La détection précise des VNC est essentielle pour la recherche et le diagnostic clinique. Diverses technologies ont été développées, chacune avec des forces et des limites.

Microarraie chromosomique (CMA)

La CMA, y compris les réseaux comparatifs d'hybridation génomique (AGG) et de SNP, est le test diagnostique de premier niveau actuel pour les individus avec un retard de développement inexpliqué, des anomalies congénitales ou un trouble du spectre autistique. aCGH compare l'ADN du patient à une référence, identifiant les gains et les pertes dans l'ensemble du génome à une résolution de 10 à 100 kb. Les réseaux SNP peuvent également détecter des VNC et, en outre, identifier des régions d'homozygosité (RH) suggérant une disomie ou une consanguinité uniparentale.

Séquence de la prochaine génération (NGS)

Les outils bioinformatiques comme les méthodes basées sur la lecture approfondie (p. ex. CNVnator, Control-FREEC) et les méthodes de cartographie à lecture fractionnée ou à paires peuvent déduire les VCN à partir des données de séquençage. Les VCN offrent la vue la plus complète, y compris les réarrangements équilibrés et les VNC dans les régions non codantes. Cependant, des défis de calcul demeurent, particulièrement pour détecter les VNC dans les régions répétitives et déterminer avec précision les points d'arrêt. Le séquençage à longue lecture (PacBio, Oxford Nanopore) se présente comme un outil puissant pour résoudre des variantes structurelles complexes.

Méthodes ciblées

Pour les VCN récurrents connus, les techniques ciblées comme l'amplification par sonde dépendante de ligation multiplexe (AML) ou la réaction quantitative en chaîne de polymérase (QPCR) sont rentables. FISH est utilisé pour visualiser des réarrangements chromosomiques spécifiques, en particulier dans les échantillons prénatals ou cancéreux.

Interprétation clinique et bases de données

Les bases de données publiques telles que DECIPHER (DECIPHER: base de données sur les variantes génomiques), ClinVar et la base de données sur les variantes génomiques (DGV) sont des ressources essentielles. Les lignes directrices de l'American College of Medical Genetics and Genomic Genomic Resource (ACMG) et ClinGen fournissent des cadres pour classer les VNC comme étant pathogènes, probablement pathogènes, bénins, probablement bénins ou d'une signification incertaine.

Incidences cliniques et progrès thérapeutiques

L'identification des VNC a des applications cliniques directes dans le diagnostic, le pronostic et la médecine personnalisée.

Tests génétiques prénatals et préimplantatoires

Les tests prénatals non invasifs (NIPT) utilisant l'ADN sans cellules peuvent détecter avec une grande précision les grands VCN (p. ex., aneuploïdes communs et quelques microsuppressions) avec une grande précision. Les tests génétiques pré-implantation (PGT) peuvent détecter les VCN familiaux connus chez les couples à risque, ce qui permet de sélectionner des embryons non affectés.

Pharmacogénomique

Les CYP2D6 les variations des nombres de copies (y compris les suppressions, les duplications et les multiplications) influencent le métabolisme de nombreux antidépresseurs, antipsychotiques, opioïdes et tamoxifènes. Les mauvais métaboliseurs (suppression) nécessitent des doses plus faibles ou des médicaments de remplacement; les métabolites ultrarapides (copies multiples) peuvent ne pas atteindre des niveaux thérapeutiques. Les CYP2D1, , , [GSTT1 et UGT2B17, qui ont une incidence sur la désintoxication et la réponse aux chimiothérapies. PrarmGKB détaille les lignes directrices relatives au dosage des CNC du CYP2D6.

Traitement ciblé contre le cancer

La détection des VCN fait partie intégrante de l'oncologie de précision. L'amplification HER2 dans le cancer du sein, EGFR[ l'amplification dans le cancer du poumon, et MET[ l'amplification dans le cancer gastrique prédisent la réponse aux inhibiteurs de la kinase ciblés. Perte de PTEN[ ou CDKN2A peut prédire la résistance à certaines thérapies ou sensibilité aux inhibiteurs de la CDK4/6.

Thérapie génique et CRISPR

En principe, les troubles associés au VNC causés par l'haplo-insuffisance peuvent être traités par une augmentation des gènes (par exemple, la délivrance d'une copie fonctionnelle du gène manquant par l'intermédiaire de vecteurs AAV) ou par l'activation de l'allèle restant. Pour les duplications de gains de fonction, des stratégies telles que l'interférence de l'ARN ou le silencieux médié par le CRISPR sont à l'étude.

Orientations futures

Les recherches en cours continuent d'affiner notre compréhension des VCN aux niveaux moléculaire et clinique. L'intégration du séquençage des feuilles de lit dans les flux cliniques permettra de détecter des variantes structurelles complexes qui sont actuellement oubliées ou mal appelées. Le séquençage à cellules uniques permet d'étudier les VCN somatiques dans les tissus, révélant l'hétérogénéité clonale dans le cancer et le mosaisme dans les troubles neurodéveloppementaux. Les études biobanques à grande échelle (p. ex., UK Biobank, Nous) permettent de tirer parti des données de distribution et de séquençage pour découvrir de nouvelles associations de maladies du VNC avec une plus grande puissance statistique.

Conclusion

Les variations des nombres de copies représentent une couche fondamentale de variation génétique humaine, avec des implications profondes pour les maladies rares et les maladies courantes.Des syndromes de micro-suppression bien connus à l'architecture génétique complexe de l'autisme, de la schizophrénie et du cancer, les VNC influencent la susceptibilité aux maladies par des gènes sensibles à la posologie et des éléments réglementaires.Les progrès technologiques dans la détection ont fait de l'analyse des VNC une partie de routine de la génétique clinique, permettant des diagnostics précis et des décisions de traitement.