Progrès actuels et limites de la génétique cardiovasculaire

Les tests génétiques permettent désormais d’établir des diagnostics qui ne pouvaient pas être posés auparavant. Toutefois, la pertinence des résultats dépend de la méthode utilisée.

 Les maladies cardiovasculaires héréditaires, telles que le syndrome de Marfan (MFS), font partie des maladies monogéniques et sont considérées comme rares, avec une fréquence (prévalence) de <1:2 000. Cependant, étant donné qu’il existe de nombreuses maladies cardiovasculaires héréditaires différentes, le nombre total de personnes touchées est relativement important et nécessite une attention appropriée. Grâce aux progrès constants de la génétique, il est aujourd’hui possible de procéder à des examens pertinents sur le plan diagnostique et thérapeutique. Il est possible de poser, de confirmer ou d’exclure un diagnostic chez un nombre croissant de personnes au moyen d’une analyse génétique à des fins médicales (test génétique) du patrimoine génétique (ADN) – à ne pas confondre avec les tests génétiques (de style de vie) à des fins non médicales disponibles sur Internet ou dans les pharmacies (fig. 1). De plus, les examens médico-génétiques des maladies héréditaires ne constituent pas un instantané de l’état de santé, mais sont valables toute la vie et ont des conséquences aussi bien pour le patient que pour sa famille (parents de sang). C’est pourquoi un conseil génétique approprié, dispensé par des généticiens médicaux, est prescrit par la loi (LAGH, art. 14). L’évaluation génétique des maladies à manifestation tardive et du statut de porteur de maladies récessives est réservée aux personnes majeures.

Importance croissante du diagnostic génétique

Tant dans le diagnostic que dans le traitement des maladies, il faut penser à l’influence des causes génétiques. La familiarité peut être indicative, mais les maladies héréditaires se manifestent aussi de manière sporadique. Dans le cas des maladies fréquentes et multifactorielles, comme l’hypertension, les effets génétiques sont généralement multiples et ne sont forts que lorsqu’ils sont cumulés, tandis que les maladies monogéniques sont causées par la mutation d’un seul gène. Souvent, le tableau clinique de ces maladies n’est pas clairement défini, la génétique contribuant de manière décisive au bon diagnostic grâce à de nouvelles méthodes et connaissances. C’est la base du pronostic et d’une gestion ciblée de la maladie et, si possible, d’un traitement et d’une prévention efficaces [1]. Sans diagnostic, il n’est pas possible de se prononcer définitivement sur le traitement ou la modification du traitement. Cet aspect n’est malheureusement pas souvent pris en compte dans notre système de santé. Même si un diagnostic clinique semble certain, l’identification du défaut génétique (mutation) à l’origine de la maladie peut s’avérer indispensable, car la gestion de la maladie et les traitements peuvent être spécifiques à un gène, voire à une mutation.

Contrairement aux tests rapides de routine des paramètres sanguins, les analyses de génétique médicale ne peuvent être automatisées que dans une certaine mesure et réalisées dans un laboratoire de cabinet médical. Ils sont principalement utilisés dans les situations où les examens cliniques ne permettent pas de poser un diagnostic définitif. Cela est particulièrement important pour les maladies dont le phénotype clinique se chevauche ou n’est pas spécifique, ainsi que dans les premières phases de la maladie. Il est également possible de déterminer de manière présymptomatique s’il existe ou non une prédisposition génétique à la maladie familiale.

Séquençage de l’ADN à haut débit

La principale méthode d’étude ciblée des gènes est le séquençage de l’ADN, qui permet de déterminer la séquence des bases nucléotidiques du patrimoine génétique (A, T, G, C) et de détecter ainsi avec précision les mutations génétiques. Ces analyses génétiques sont réalisées avec une efficacité sans précédent grâce au séquençage à haut débit (“Next Generation Sequencing”, NGS ). Le NGS est plus efficace que l’analyse classique d’un seul gène par séquençage Sanger et est particulièrement performant dans la détection des causes de maladies ainsi que dans l’analyse de l’ADN acellulaire circulant dans le sang et dans l’examen de cellules uniques de très petits échantillons biologiques.

Le NGS analyse soit une combinaison sélectionnée (appelée panel) de gènes (“Targeted Sequencing”, TS), soit le génome entier (“Whole Genome Sequencing”, WGS ; ~3 milliards de bases nucléotidiques) ou sa région codante (“Whole Exome Sequencing”, WES ; ~25’000 gènes). En raison de ces différences, tous les NGS ne se valent pas (Fig. 2). A cela s’ajoute la différence de performance ou de qualité entre les méthodes NGS, importante pour le diagnostic génétique [2].

TS peut analyser certaines régions de gènes de manière particulièrement intensive en saisissant la séquence de plus de 1000 copies d’ADN (“sequencing reads”) et en détectant ainsi de petites quantités (<1:100) d’allèles non de référence, qui se présentent sous forme de ce que l’on appelle une mosaïque. Cela est nécessaire, par exemple, pour l’analyse génétique des cancers d’origine somatique. TS est également peu coûteux et est donc souvent utilisé comme première étape du dépistage des mutations. Mais si la mutation responsable de la maladie n’est pas trouvée avec TS, la maladie n’est pas diagnostiquée et l’examen doit être répété avec WES ou, mieux encore, avec WGS. Cave : un résultat négatif (c’est-à-dire aucune mutation pathogène connue/claire) dans les gènes examinés n’exclut pas une cause génétique de la maladie en question.

Les défis de l’analyse génomique

Le NGS présente des limitations pertinentes pour le diagnostic génétique. D’une part, la longueur de lecture des séquences de la technologie NGS d’Illumina, leader sur le marché, est trop courte (~150 bases nucléotidiques) pour attribuer des régions répétitives/homologues plus longues au génome de référence avec une position unique [2]. Les dernières technologies de séquençage (par exemple celles de Pacific Biosciences ou d’Oxford Nanopore Technologies), capables de lire des fragments d’ADN de plusieurs milliers de bases nucléotidiques, promettent d’y remédier. D’autre part, le NGS des régions d’ADN riches en GC est plus difficile, car la paire de bases nucléotidiques G et C a une liaison plus forte que la paire A et T. En particulier pour TS et WES, les régions de gènes riches en GC, comme souvent au début d’un gène, ne sont pas suffisamment détectées (c’est-à-dire avec des lectures de séquençage ), ce qui explique pourquoi les exigences de qualité du diagnostic génétique ne sont souvent pas satisfaites. Ce problème se pose beaucoup moins avec le WGS, qui a donc l’avantage non seulement de couvrir la région non codante (98,5%) du génome, mais aussi de mieux couvrir que le WES la région codante (1,5%), particulièrement importante sur le plan clinique, en particulier les régions riches en GC. Le WGS permet ainsi le meilleur diagnostic génétique possible des maladies héréditaires dont les causes ne sont pas connues ou qui sont dues à des mutations dans des gènes volumineux et/ou complexes, tels que les gènes DMD (~2,3 millions de bases nucléotidiques) et TTN (364 exons), entre autres, qui causent des cardiomyopathies et qui sont nos gènes les plus volumineux ou les plus riches en exons.

Le groupe de travail de l’American College of Medical Genetics and Genomics (ACMG) a publié une liste de 59 gènes dont la mutation augmente fortement, entre autres, le risque de maladies aortiques, d’arythmies et de cardiomyopathies, de sorte que des mesures de prévention sont possibles et indiquées [3]. Le groupe de travail de l’ACMG recommande d’étudier de manière standard tous ces gènes à risque dans le cadre d’examens génétiques approfondis tels que le WES ou le WGS, et de communiquer aux patients, s’ils le souhaitent, les anomalies de séquence pathogènes (mutations) afin que d’éventuelles mesures de prévention puissent être mises en place à un stade précoce (tableau 1).

La grande quantité de données générées dans le cadre d’un WGS peut être réduite au niveau de TS ou WES au moyen de panels de gènes virtuels (in silico) et focalisée sur la question clinique [4, 5]. En outre, le contrôle de la qualité et l’interprétation de la quantité de données générées par le NGS représentent un défi complexe, à la fois coûteux et intellectuel, qui n’est pas encore suffisamment pris en compte dans la position actuelle de la liste des analyses pour le NGS. (Fig. 2). La collecte et l’interprétation des données NGS, qui sont importantes pour le diagnostic, requièrent une grande expertise en génétique humaine et peuvent être particulièrement laborieuses. C’est le cas, par exemple, lorsque des anomalies de séquence sont trouvées dans des gènes dont la signification ou la fonction n’est pas encore (entièrement) connue, ce qui est le cas aujourd’hui pour environ la moitié des gènes humains. Bien que les logiciels d’interprétation actuels prennent en compte de nombreux paramètres différents et fournissent des éléments d’appréciation importants, l’interprétation de telles anomalies de séquence (appelées “variants of unknown significance”, VUS) nécessite au moins une analyse de ségrégation dans la famille (si possible) et/ou une caractérisation fonctionnelle correspondante, parfois complexe (Fig. 2).

Pour détecter l’anomalie de séquence à l’origine de la maladie, il est nécessaire de disposer de vastes bases de données contenant des informations liées sur le génotype et le phénotype, ainsi que de créer et de curer des associations gène-maladie et de les classifier. Par exemple, le ClinGen Working Group a classé 53 gènes qui, lorsqu’ils sont mutés, peuvent provoquer des anévrismes et des dissections aortiques héréditaires syndromiques ou non syndromiques, dans des catégories allant de “défini/fort” à “pas d’évidence” [6]. De telles catégories ou panels de gènes peuvent certes faciliter la recherche ciblée de la cause de la maladie, mais elles nécessitent un diagnostic de suspicion clinique pertinent et une mise à jour régulière [5].

Héritage digénique

Il est peu connu dans la pratique clinique quotidienne que plusieurs maladies monogéniques ou des mutations dans plusieurs gènes peuvent être à la base du tableau clinique, qui sont ségrégés dans la famille et peuvent donc être importants dans l’évaluation génétique des membres de la famille. A titre d’exemple, on peut citer deux familles dont les membres présentent une mutation dans le gène FBN1(associé à la MFS) et/ou dans le gène FBN2(associé à l’arachnodactylie contractile congénitale, CCA) [7]. Chez les membres de la famille où les deux maladies sont présentes ensemble, il y a non seulement un mélange, mais aussi une amplification des symptômes cliniques, avec une prédominance soit des signes cliniques de la MFS, soit de ceux de la CCA. C’est le cas, par exemple, d’un patient de 20 ans diagnostiqué cliniquement avec une MFS classique (dilatation aortique avec Z-score >2, forte myopie, cyphoscoliose) et par rapport à ses parents présentant des signes légers de CCA (père avec FBN2-mutation) ou MFS (mère avec FBN1-mutation) présente un phénotype plus prononcé de MFS (Fig. 3). L’atténuation ou la modification des symptômes est tout aussi importante sur le plan clinique, car elle peut permettre de passer à côté d’une maladie ou de la méconnaître, mais la mutation causale peut tout de même être héritée. L’hérédité digénique met en évidence l’importance et la complexité des évaluations génétiques.

Du diagnostic à la thérapie

Sur la base d’un diagnostic précoce et correct, les maladies cardiovasculaires telles que les aortopathies (par exemple la MFS ou le syndrome d’Ehlers-Danlos vasculaire, vEDS) peuvent être prévenues efficacement par des adaptations adéquates du mode de vie, des examens de contrôle et/ou des traitements prophylactiques. Dans ce cas, le choix du traitement médicamenteux se porte généralement d’abord sur des médicaments antihypertenseurs tels que les bêtabloquants et/ou les antagonistes des récepteurs de l’angiotensine II de type 1 (sartans). Leurs propriétés et leurs effets ne sont toutefois pas incontestés, tant pour certains bêtabloquants (p. ex. l’aténolol) que pour les sartans (p. ex. le losartan), malgré des études (pré)cliniques prometteuses [8,9]. Cela conduit à l’utilisation de différentes préparations de ces classes de principes actifs, selon les préférences du médecin traitant.

Alors que le losartan est considéré comme le traitement médicamenteux de choix pour la prévention et la stabilisation de la dilatation aortique dans la MFS, la médication dans la vEDS était jusqu’à présent incertaine, malgré une étude suggestive du Lancet [10]. Une certitude est apportée par un travail récent qui a démontré un effet clairement positif du bêta-bloquant céliprolol (Selectol), mais pas du losartan, sur la stabilité mécanique de l’aorte dans un modèle expérimental de souris vEDS [11]. Cela montre que le succès du traitement par des médicaments antihypertenseurs peut varier considérablement en fonction de l’aortopathie.

Pharmacogénétique – l’avenir de la thérapie médicamenteuse

Les médicaments sont souvent prescrits selon le principe du “one fits all”, mais ils ne sont pas toujours (également) efficaces chez tous les patients. Non seulement la mutation à l’origine de la maladie joue un rôle, mais aussi la pharmacogénétique, c’est-à-dire la prédisposition génétique qui influence l’effet d’un médicament à travers la pharmacocinétique et la pharmacodynamique sous-jacentes. Le domaine de la pharmacogénétique est encore relativement jeune et, malgré son importance indéniable, ne s’implante que progressivement dans la pratique clinique quotidienne. En Hollande et dans le cadre du projet européen Ubiquitous Pharmacogenomics (U-PGx), il existe déjà des profils pharmacogénétiques pour les patients. Ces profils contiennent des informations sur les principales prédispositions génétiques connues qui influencent l’effet des médicaments. Le patient reçoit, en même temps que ses résultats, une carte au format carte de crédit avec un code QR (fig. 4) qui indique ses prédispositions génétiques et la posologie des médicaments basée sur celles-ci, conformément aux directives internationales. Dans le projet U-PGx, il s’agit actuellement de 45 anomalies de séquence dans 12 gènes et de leur influence sur l’action de 76 médicaments. Par exemple, pour les individus qui sont des métaboliseurs lents du CYP2D6 (~5-10% des Européens), il est recommandé de réduire la dose de métoprolol, un bêtabloquant, à 25% de la dose normale, alors que pour les métaboliseurs ultra-rapides (~3% des Européens), il est recommandé d’augmenter la dose à 250% [12]. Les nouvelles connaissances sont intégrées en permanence et les données les plus récentes peuvent être consultées au moyen du code QR de la carte. La carte peut être présentée lors d’une visite chez le médecin ou à la pharmacie, ce qui permet d’adapter individuellement le choix ou le dosage d’un médicament (médecine personnalisée ou de précision). Cela évite non seulement de devoir ajuster longuement le bon dosage et les éventuels effets secondaires (fatals) ou l’inefficacité des médicaments chez le patient, mais aussi les coûts de santé associés [13].

Perspectives

A l’avenir, le diagnostic génétique sera décisif non seulement pour le diagnostic de la mutation responsable de la maladie et donc du traitement (médicamenteux) adéquat, mais aussi pour l’analyse pharmacogénétique des gènes qui déterminent le choix et le dosage des médicaments utilisés. Les modifications (épi-)génétiques qui n’affectent pas directement la séquence d’ADN des gènes, mais leur régulation, sont également de mieux en mieux étudiées et comprises. De plus en plus, les effets génétiques peuvent également être identifiés dans des maladies cardiovasculaires multifactorielles courantes.

De nouvelles méthodes comme CRISPR/Cas ouvrent des possibilités, mais aussi des dangers, dans le traitement des maladies génétiques. Malgré les résultats prometteurs des études menées jusqu’à présent, cette technologie est encore loin de faire partie de la pratique médicale quotidienne. D’une part, parce que la méthode n’est pas encore au point, d’autre part, parce que les questions éthiques et légales doivent être réglementées afin de limiter les éventuels abus potentiels. Néanmoins, il est évident que la génétique déterminera l’avenir de la médecine et que la médecine s’orientera vers la génétique en matière de prévention, de diagnostic et de traitement.

Messages Take-Home

• Les tests génétiques permettent d’établir des diagnostics précis qui ne seraient pas possibles autrement. Mais tous les tests génétiques ne se valent pas : La méthode utilisée détermine en grande partie la validité des résultats.
• L’apparition fréquente et/ou précoce ou syndromique d’une maladie dans une famille peut indiquer une cause génétique. Les connaissances actuelles ne permettent toutefois pas d’identifier la cause génétique dans tous les cas.
• L’évaluation génétique est importante non seulement pour le diagnostic, le pronostic, la prévention et le conseil familial, mais aussi pour le traitement causal ou pharmacologique.
• En cas de syndrome d’Ehlers-Danlos vasculaire, le traitement médicamenteux de choix est le céliprolol (Selectol) et non le losartan.

Littérature :

1. Attenhofer Jost CH, Greutmann M, et al. : Medical treatment of aortic aneurysms in Marfan syndrome and other heritable conditions. Curr Cardiol Rev 2014 ; 10(2) : 161-171.
2. Caspar SM, Dubacher N, et al : Clinical sequencing : From raw data to diagnosis with lifetime value. Clin Genet 2018 ; 93(3) : 508-519.
3. Kalia SS, et al : Recommendations for reporting of secondary findings in clinical exome and genome sequencing, 2016 update (ACMG SF v2.0) : a policy statement of the American College of Medical Genetics and Genomics. Genet Med 2017 ; 19(2) : 249-255.
4. Plüss M, Kopps A, et al : Need for speed in accurate whole-genome data analysis : GENALICE MAP challenges BWA/GATK more than PEMapper/PECaller and Isaac. Proc Natl Acad Sci U S A 2017 ; 114(40) : E8320-E8322.
5. Caspar SM, et al : More Genes for Thoracic Aortic Aneurysms and Dissections. J Am Coll Cardiol 2019 ; 73(4) : 528-529.
6. Renard M, et al : Validité clinique des gènes pour les anévrismes et les dissections aortiques thoraciques héréditaires. J Am Coll Cardiol 2018 ; 72(6) : 605-615.
7. Najafi A & Caspar SM, et al : Variant filtering, digenic inheritance, and other challenges in the current genomics era : a lesson from fibrillinopathies (submitted).
8. Carlberg B, et al : Atenolol in hypertension : is it a wise choice ? Lancet 2004 ; 364(9446) : 1684-1689.
9. Gao L & Chen L, et al : The effect of losartan on progressive aortic dilatation in patients with Marfan’s syndrome : a meta-analysis of prospective randomized clinical trials. Int J Cardiol 2018 ; 217 : 190-194.
10. Ong KT, et al : Effet du celiprolol sur la prévention des événements cardiovasculaires dans le syndrome d’Ehlers-Danlos vasculaire : une étude prospective randomisée, ouverte, en aveugle et à points finaux. Lancet 2010 ; 376(9751) : 1476-1484.
11. Dubacher N & Münger J, et al : Celiprolol but not losartan improves the biomechanical integrity of the aorta in a mouse model of vascular Ehlers-Danlos syndrome. Cardiovasc Res 2019 (Epub ahead of print).
12. Swen JJ, et al : Pharmacogenetics : from bench to byte – an update of guidelines. Clin Pharmacol Ther 2011 ; 89(5) : 662-673.
13. Verbelen M, et al : Cost-effectiveness of pharmacogenetic-guided treatment : are we there yet ? Pharmacogenomics J 2017 ; 17(5) : 395-402.

CARDIOVASC 2019 ; 18(3) : 12-16