GENETIQUE MOLECULAIRE DES RETARDS DE CROISSANCE
Jacques Battin*
INTRODUCTION
La croissance est la manifestation la plus éclatante du cycle vital.
Elle est contrôlée par de multiples facteurs, génétiques,
nutritionnels, endocriniens, environnementaux. La croissance pré et post-natale
est l'objet d'un intérêt scientifique accru grâce à
la biologie moléculaire. En effet, celle-ci a permis d'identifier déjà
de très nombreux gênes impliqués dans la croissance avec
des mutations délétères et quand il n'existe pas de modèle
mutant spontané chez l'animal, l'inactivation génique (knock-out
ou mutagenèse ciblée) permet d'observer les effets sur le développement
(1). Ainsi, l'embryologie et la physiologie nouvelles sont devenues moléculaires,
comme autrefois l'ablation d'une glande en démontrait la fonction. C'est
ainsi reconnaître que de nombreuses acquisitions ont été
faites grâce à la transgénèse chez la souris dont
le développement est parallèle à celui de l'homme, mais
sur un temps beaucoup plus court qui facilite l'analyse.
Les retards de croissance (RC) ont des causes multiples : maladies viscérales
chroniques acquises et constitutionnelles dont beaucoup sont héréditaires,
maladies osseuses dont les défauts génétiques ont été
identifiés pour les plus nombreuses d'entre elles comme l'achondroplasie,
mauvais environnement psycho-social quelquefois, syndromes dysmorphiques en
grande partie génétiques, enfin endocrinopathies avec au premier
plan le déficit pituitaire en hormone de croissance (GHD). Celui-ci reconnaît
des causes acquises, vasculaires, inflammatoires comme dans l'histiocytose X,
traumatiques, tumorales comme les crâniopharyngiomes, l'irradiation par
les rayons X, qui détruisent les différents types de cellules
hypophysaires sécrétant les hormones polypeptidiques, d'où
des déficits multiples. Il existe aussi des causes malformatives comme
les anomalies de la ligne médiane.
Les GHD isolés idiopathiques sont prédominants à 70 % des
cas, leur prévalence dans la population variant entre 1 sur 4000 et 1
sur 10 000 selon les estimations. Les formes familiales représentent
un faible pourcentage de 3 à 5 %, mais sont d'un grand intérêt,
car elles affectent les gênes qui concourent le long de l'axe somatotrope
à la production, la sécrétion de l'hormone de croissance
et à sa réceptivité sur les tissus cibles. L'autre séquence
génique aussi remarquable est celle qui contrôle la détermination
et la différenciation sexuelle, l'axe gonadotrope, afin que la reproduction
assure la pérennité du cycle vital.
GENETIQUE DE L'AXE GH - IGF-I
L'hormone de croissance (GH) est essentielle à la croissance post-natale.
Elle est sécrétée par les cellules somatotropes de l'ante-hypophyse
de façon pulsatile sous l'effet combiné des deux neuro-peptides
hypothalamiques, le GHRH stimulant et la somatostatine inhibitrice. Le gène
codant pour la GH appartient à une batterie de 5 gènes homologues
et apparentés (cluster), alignés dans le même sens transcriptionnel
sur le chromosome 17 en q22-24. Le gène GH-I exprimé dans la pituitaire
code pour la GH 22 kDA et est composé de 5 exons. On a identifié
en amont des gènes de transcription Pit-1 et Prophet-1 de Pit-1 ou Pro-1
qui interviennent dans le développement et la différenciation
des cellules pituitaires. Une fois dans la circulation, la GH se lie à
son récepteur spécifique GH-R principalement au niveau du foie
et des autres cellules cibles, condition indispensable pour la sécrétion
d'IGF-I, polypeptide mitogène qui est en fait le véritable facteur
de croissance, en particulier sur le cartilage. Le tableau I montre les différentes
étapes de l'axe somatotrope avec les modèles animaux.
Les anomalies génétiques consistent en délétion
ou perte de gènes entraînant des molécules protéiques
tronquées, des mutations dont la liste ne cesse de s'étendre.
Les enfants atteints sont soit homozygotes, c'est-à-dire ayant une mutation
identique sur les deux allèles, soit des hétérozygotes
composites, c'est-à-dire ayant des mutations sur des allèles différents.
Le tableau II propose une classification clinique et moléculaire des
RC par déficit en GH et résistance à la GH (2).
I - DEFICITS ISOLES FAMILIAUX EN GH
1) Le type 1 A transmis en RA a une taille normale à la naissance,
une hypoglycémie néonatale fréquente, un microphallus et
un RC post-natal précoce. La GH plasmatique est effondrée comme
l'IGF-I. Le traitement par rhGH est rendu plus souvent inefficace par l'apparition
d'anticorps anti-GH. Dans la plupart des cas, il s'agit d'une macro-délétion
des deux allèles du gène GH-1 ou d'une mutation non-sens.
2) Le type 1 B, également RA, comporte un RC post-natal et un phénotype
clinique et biologique de GHD. L'IRM montre une petite ante-hypophyse. Le traitement
par rhGH est efficace. Le modèle murin, la souris Little, a un nanisme
avec hypoplasie de l'hypophyse antérieure. et une résistance à
GH RH en raison d'une mutation faux sens identifiée dans le domaine extra-cellulaire
du récepteur de GH RH, lequel a été cloné chez l'homme
en 1993. C'est ce qui a fait rechercher et découvrir en 1996, dans une
famille d'origine indienne, la première anomalie moléculaire du
GH RH-R humain avec un codon stop conduisant à une molécule délétée
des domaines trans-membranaire et intra-cellulaire du récepteur. La même
anomalie a été retrouvée dans une famille originaire du
Sri Lanka étudiée en France. Dans une famille très consanguine
a été décrit le nanisme Sindh, du nom d'un village pakistanais
de la basse vallée de l'Indus. 17 sujets étaient affectés
avec une taille finale adulte moyenne de 126,8 cm (118-135) pour les hommes
et
113,5 cm (113-114) pour les femmes, soit -8 DS, ces sujets ayant une intelligence
et une fertilité normales. L'anomalie moléculaire était
une mutation non sens de
GH RH-R (3). Ainsi est prouvée l'importance du GH RH dans la sécrétion
de GH, puisqu'une anomalie homozygote du récepteur entraîne un
sévère nanisme.
Récemment, une équipe italienne a retrouvé cette anomalie
chez 7 patients sur 22 appartenant à 19 familles (4). Les mutations du
gène GH RH-R sont probablement une cause rare de GHD, car sur 58 patients
avec sévère GHD étudiés par un groupe allemand,
seulement 2 membres d'une même famille étaient homozygotes pour
une mutation sur l'exon 7 de ce gène (5). Il faudra d'autres études
pour voir s'il y a une variabilité phénotypique en relation avec
les mutations de ce gène et si les mutations à l'état hétérozygote
retentissent sur la taille finale. Ces observations ont l'intérêt
de montrer que des anomalies moléculaires du gène du récepteur
de GH RH peuvent être à l'origine de cas familiaux de GHD, alors
que le gène de GH est normal.
Quant à l'absence de mutation du gène de GH RH, identifié
depuis 1985 à la fois chez les humains et les animaux, l'explication
plausible est qu'étant fortement exprimé dans le placenta et donc
impliqué dans le métabolisme foetal, sa déficience serait
incompatible avec la survie du foetus.
II - DEFICITS FAMILIAUX ASSOCIES
Les mutations du gène Pit-1 entraînent une absence de plusieurs
hormones pituitaires GH, TSH, PRL. C'est un excellent exemple de pleiotropisme,
c'est-à-dire d'effets phénotypiques multiples dus à un
seul gène. Les premiers cas humains rapportés en 1992 avaient
été précédemment publiés comme des hypothyroïdies
centrales sans rattrapage de taille malgré le traitement thyroïdien,
jusqu'à ce que le déficit en GH et PRL ait mis sur la voie des
mutations dominantes ou récessives de Pit-1 (6-7). Ce gène est
un facteur de transcription vital pour le développement, la survie et
la différenciation des trois types de cellules hypophysaires somato-lacto-thyréotropes.
Pit-1 est impliqué dans deux modèles murins, RA, les souris naines
Snell et Jackson ayant un hypopituitarisme post-natal.
Un autre facteur de différenciation est impliqué dans l'organogénèse
hypothalamo-hypophysaire chez la souris naine Ames, Prophet Pit-1 ou Pro-1.
Les mutations de ce gène entraînent un déficit en GH, PRL,
TSH, GSH et occasionnellement ACTH. Le pronostic de taille finale sous traitement
restitutif est bon. La recherche systématique de ces déficits
associés devant tout retard statural avec selle turcique vide augmentera
certainement le nombre de familles concernées, le spectre des mutations
et amènera la découverte d'autres gènes de l'ontogenèse
pituitaire, lorsque Pit-I et Pro-I sont normaux (8). Or, le nombre de ces facteurs
de transcription et de différenciation dans l'organogenèse hypothalamo-pituitaire
ne cesse de s'accroître Rpx, P-OTX, P-Lim, dont les mutations géniques
sont candidates pour des RC (9).
III - SYNDROME D'HORMONE DE CROISSANCE BIO-INACTIVE
Vingt ans après la relation princeps de Kowarski, cette entité
reste imprécise. Le retard statural est variable, souvent sévère,
parfois à début intra-utérin. Le syndrome dysmorphique
est comparable à celui de GHD. Le taux de GH de base et après
stimulation est normal ou élevé, alors que IGF-I, IGF-BP3 sont
abaissés, comme dans les syndromes de résistance à GH.
La réponse au test de génération d'IGF-I et IGF-BP3 est
plus élevée que dans les GHD. Le traitement par hormone de croissance
accélère en général la vitesse de croissance. La
mise en évidence d'une faible activité biologique de GH par bioassay
sur des cellules NB2 est le seul moyen d'affirmer ce syndrome de GH bioinactive
(10). D'autres méthodes sont à l'essai pour déterminer
s'il s'agit d'une forme bio inactive de l'hormone de croissance ou d'une bio-inactivation.
L'hétérogénéité clinique et biologique se
retrouve au niveau moléculaire (11), certaines mutations conférant
à l'hormone de croissance mutée une affinité accrue pour
la GH BP, ce qui peut expliquer dans ces formes l'inefficacité thérapeutique
de la GH exogène.
Le syndrome de GH bioinactive existe bien. Il est à rechercher dans les
RC sans déficit en GH, mais avec IGF-I basse, ce qui nécessite
désormais de conserver du sang et de l'ADN pour tester les nouveaux outils
qui permettront de mieux le définir.
IV SYNDROME D'INSENSIBILITE A GH PAR DEFICIT DU RECEPTEUR DE GH
L'incapacité de la GH à exercer son action sur la croissance
est soit acquise, par développement d'anticorps anti-GH, maladies cataboliques,
hépatiques, digestives, soit primaire par anomalie génétique
du récepteur de GH. Celle-ci a été décrite en 1966
chez des juifs yéménites par Laron qui pensait alors que la GH
détectable chez ces patients était bioinactive. De transmission
récessive autosomique liée à une forte consanguinité,
ce syndrome a ensuite été reconnu autour de la Méditerranée,
principalement chez les juifs séfarades et également en Equateur.
Les traits cliniques sont très similaires à ceux de GHD dus aux
mutations du gène GH, en particulier les épisodes hypoglycémiques,
le microphallus présent une fois sur deux, le RC précoce et sévère,
et la dysmorphie crânio-faciale. Celle-ci comporte un front bombé
avec nez court et ensellé, des orbites peu profondes, la voix haut perchée,
un étage moyen hypoplasique et une diminution de la hauteur de la face.
Le RC est important de -5 à -10 DS. L'âge osseux est avancé
pour l'âge, ce qui témoigne de l'action directe de GH sur le cartilage.
La taille finale oscille entre 105 et 141 cm pour les hommes, 95 et 125 cm pour
les femmes. La marche est acquise avec retard en raison de l'hypotonie musculaire.
L'enfant est dodu avant de devenir obèse, ce qui témoigne de l'action
métabolique de GH sur la masse maigre et grasse. L'ostéopénie
est marquée. L'intelligence dépend de la fréquence des
épisodes d'hypoglycémie (12). Dans le groupe équatorien,
il a été noté une mortalité précoce et un
risque cardio-vasculaire accru pour les adultes. La puberté est retardée,
mais la fertilité est normale.
Le syndrome biologique est évocateur dans l'insensibilité complète
du syndrome de Laron, avec un taux de GH normal ou élevé contrastant
avec l'effondrement d'IGF-I, IGF-II, GH PB, IGF-BP3, et la non élévation
d'IGF-I et BP3 au test de génération par la GH exogène,
qu'il est donc inutile de prescrire, alors que seule l'IGF- I recombinante se
montre efficace sur la vitesse de croissance et la maturation des os du massif
facial (13).
Le gène humain du GHR appartient à la super famille des récepteurs
aux cytokines. Il a été cloné en 1987 et localisé
sur le chromosome 5 : il s'étend sur
87 Kb et comporte 9 exons codants de 2 à 10. Les anomalies du GHR consistent
en délétion, mutation non sens, faux sens, d'épissage,
décalant le cadre de lecture, soit plus de 30 mutations différentes
rapportées dans le domaine extra-cellulaire et plus récemment
dans les domaines transmembranaire et intracellulaire (14), ce qui témoigne
d'une grande hétérogénéité génétique,
sans qu'une corrélation phénotype/génotype ait été
trouvée entre le type et le site de la mutation et la sévérité
du phénotype, qui peut être variable pour une même mutation
(15). A l'opposé, le groupe équatorien qui est un isolat avec
effet fondateur a une homogénéité génétique.
On a retrouvé la même mutation, " E180 splice ", chez
un juif oriental, ce qui fait présumer que cette mutation a pu être
apportée en Equateur par un colon d'origine séfarade (16).
Comme il existe des formes partielles dans les autres syndromes d'insensibilité
hormonale, il est probable que les formes partielles d'insensibilité
à GH correspondent à des RC moins sévères avec apparence
physique normale et GH BP normale. Rappelons que la GH BP est la protéine
circulante qui correspond en partie au domaine extracellulaire du récepteur.
C'est ce qui est retrouvé dans 25 % des patients de la cohorte européenne
(12). Ces patients se présenteraient comme des petites tailles idiopathiques
avec des mutations homozygotes ou hétérozygotes composites ou
encore comme des hétérozygotes à effet dominant négatif.
Ces faits sont en cours de discussion, car ils sont contradictoires. En effet,
les hétérozygotes obligatoires du groupe équatorien ont
une taille normale. Un mutant animal spontané existe chez le poulet SL-X.
V - DELETION DU GENE HUMAIN D'IGF-I :
UN MODELE DE RCIU
La confirmation la plus remarquable du rôle d'IGF-I dans la croissance
foetale et post-natale a été apportée par l'observation
anglaise princeps publiée en 1996 et jusqu'ici unique (17). Le patient
né à 37 SA avait un RCIU majeur. Il mesurait en effet 37,8 cm,
soit -5,4 DS, pesait 1,4 kg, soit -3,9 DS avec un PC de 22 cm, soit
-4,9 DS. Le défaut de croissance persista pour atteindre -7 DS à
15 ans avec un âge osseux peu retardé, ce qui conforte à
nouveau l'idée que la GH agit directement sur la maturation osseuse.
Il avait un retard mental modéré, une microcéphalie et
une surdité neurogène, ce qui est en faveur du rôle d'IGF-I
dans le développement cérébral. La GH était élevée
aux taux de base et après stimulation, cependant que l'IGF-I restait
indosable. La BP3 étant normale représente l'examen clef qui permet
de différencier cette anomalie de celle qui concerne le récepteur
de la GH où la BP3 est diminuée. La résistance à
la GH exogène a fait utiliser l'IGF-I recombinante avec succès.
Il a été démontré une délétion homozygote
partielle du gène d'IGF-I qui est ainsi compatible avec la vie. Les parents,
cousins au premier degré, avaient une taille à -1,8 DS pour le
père et -1,4 DS pour la mère, ce qui pose là encore le
problème du retentissement de l'hétérozygotie.
Ainsi, les manifestations des déficits en IGF- I diffèrent de
celles de GHD par le RCIU et les anomalies sensorielles et cérébrales.
Sur un plan pratique, quand on est confronté à un enfant avec
RC et IGF-I bas, on se demandera s'il s'agit d'une anomalie hypothalamique,
pituitaire, d'une insensibilité à GH par anomalie du récepteur
ou d'une délétion du gène IGF- I. (Tableau III)
Les souris transgéniques avec une délétion homozygote du
gène d'IGF- I ont une croissance post-natale diminuée et une réduction
de 40 % du poids et de la taille de naissance, sans rattrapage ultérieur.
VI - D'AUTRES GENES ?
Si jusqu'ici on n'a pas trouvé de mutation du gêne IGF-I R, connu
depuis 1986, chez des patients avec RC et RCIU, c'est probablement parce que
cette situation est léthale, comme l'est l'inactivation de ce gène
chez la souris qui nait avec un RCIU, une réduction de 60 % du poids,
une hypoplasie musculaire, un défaut de maturation de la face et des
os, et meurt précocement. L'inactivation couplée d'IGF- I et de
son récepteur est également léthale (18). Il existe ensuite
dans la cascade somatotrope tous les gènes post-récepteur impliqués
dans la transduction du signal.
Un des derniers gènes impliqués est le SHOX (pour Short stature
HOmeo X) situé à l'extrémité des bras courts des
chromosomes sexuels dans la région pseudo-autosomale (X p22-3 et X p11-3)
dont l'existence était suggérée dans la croissance par
la corrélation génotype-phénotype et la taille des patients
atteints d'anomalies des gonosomes, c'est-à-dire ayant une ou trois copies
de chromosomes sexuels. Ce gène a 6 exons dont les mutations des exons
4 et 5 ont été mis en cause dans 60 % des cas de syndrome de Léri-Weill
et dans les petites tailles familiales idiopathiques, mais pour à peine
1 % dans les estimations les plus récentes (19-20).
Il faudrait aussi citer tous les gènes qui permettent une croissance
osseuse normale et dont les mutations causent des chondrodysplasies. Il faudrait
aussi citer les nombreux syndromes microdélétionnels identifiés
par FISH qui s'accompagnent de retard statural, comme le syndrome de Prader-Willi
(del 15 q11-3) ou de Williams (del 7 q11-23). Les disomies uniparentales maternelles
du chromosome 7 où l'absence de contribution paternelle de ce chromosome
entraîne une petite taille, comme dans le syndrome de Russell-Silver.
On sait maintenant que si les deux génomes maternel et paternel sont
nécessaires au développement normal et ont une constitution génique
identique (à part les chromosomes sexuels), ils ne fonctionnent pas de
manière équivalente, mais complémentaire. Nombreux en effet
sont les gènes soumis à empreinte parentale, donc à expression
mono-allèlique (l'un est actif, l'autre silencieux) qui interviennent
dans la croissance. L'empreinte génomique révèle la nécessité
d'un dosage génique modulé pour éviter l'insuffisance,
comme l'excès du développement qui deviendrait tumorigène.
On en a un exemple avec la surexpression du gène d'IGF-II liée
à la perte d'allèle maternel, du type isodisomie paternelle de
la région 11 p15 retrouvée dans certaines tumeurs de Wilms et
dans le syndrome de Beckwith-Wiedemann qui comporte une croissance exagérée
et un risque élevé de tumeurs embryonnaires. A l'inverse, l'inactivation
du gène d'IGF-II qui est situé sur le chromosome 7 de la souris,
homologue du chromosome 11 humain, a montré le rôle essentiel d'IGF-II
dans la croissance foetale. En effet, le croisement de mâles porteurs
de cette délétion provoquée avec des femelles produit des
souriceaux hétérozygotes nains (RCIU), tandis que des femelles
délétées croisées avec des mâles intacts (sauvages)
ont une descendance hétérozygote se développant normalement
(21).
Enfin, on ne peut détailler la multitude des RCIU syndromiques et les
syndromes dysmorphiques monogéniques avec retard statural (22) qui montrent
que le champ de la recherche des gènes de la croissance est illimité.
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