Des phénotypes cliniques significativement différents associés à des mutations dans les gènes de synthèse et de transamidase+remodelage du glycosylphosphatidylinositol (GPI)-anchor biosynthesis

Dans ce travail, nous présentons une analyse computationnelle pour répondre à la question de savoir s’il existe des différences dans le spectre phénotypique des maladies associées aux gènes des phases de synthèse et de transamidase+remodelage de la biosynthèse des ancres GPI (Fig. 1). Nous avons d’abord effectué une revue complète de la littérature sur tous les rapports de cas publiés concernant des personnes diagnostiquées avec des maladies causées par des variantes dans un gène de la voie de l’ancre GPI. Nous avons ensuite extrait les informations sur le patient, la ou les mutations et toutes les données phénotypiques de chaque patient en utilisant les termes du HPO (tableaux 1 et 2). Les données cliniques de 58 publications ont été incluses dans cette étude, comprenant un total de 152 patients individuels pour lesquels des descriptions phénotypiques détaillées étaient disponibles, représentant des IGD associées à un total de 22 gènes impliqués dans la voie de biosynthèse de la GPI (fichier supplémentaire 1 : tableau S1).

Phénotypes de synthèse vs. transamidase+remodelage

Nous avons divisé la voie de biosynthèse de la GPI en étapes de synthèse et de transamidase+remodelage. Les enzymes du groupe Synthèse médient l’assemblage du squelette du précurseur de la GPI dans la membrane du réticulum endoplasmique (RE). Les enzymes du groupe transamidase+remodelage facilitent le couplage de la GPI à l’extrémité C-terminale d’une protéine nouvellement synthétisée dans la lumière du RE, le clivage d’un peptide signal d’ajout de GPI C-terminal et permettent les modifications des chaînes latérales lipidiques et glucidiques qui régulent le trafic de GPI-AP du RE vers la membrane plasmique (Fig. 1, Tableaux 1 et 2). 1, tableaux 1 et 2).

Nous avons comparé les anomalies phénotypiques chez les patients présentant des mutations dans les gènes du groupe Synthèse et Transamidase+Remodelage. Plusieurs phénotypes squelettiques étaient significativement plus susceptibles de se produire chez les patients présentant des mutations dans l’étape Synthèse de la voie de biosynthèse (groupe Synthèse). Le groupe Synthesis présentait une plus grande fréquence (33 % des patients) de morphologie anormale des doigts (termes HPO en italique). Les autres phénotypes observés chez les patients du groupe Synthèse étaient l’absence de phalanges distales, l’aplasie/hypoplasie des doigts, les doigts courts, les doigts et les orteils larges, la massue, la clinodactylie et d’autres anomalies (tableau 3). Les patients du groupe Transamidase+Remodelage (patients présentant des mutations dans les gènes de stade ultérieur) présentaient moins d’incidences de morphologie anormale des doigts (6,7 %, tableau 3). Par exemple, les patients du groupe Synthèse sont statistiquement plus susceptibles d’avoir un doigt court (24% des patients), alors qu’un seul individu (< 2%) a été indiqué comme ayant un doigt court dans le groupe Transamidase+Remodelage (Tableau 3).

En outre, les patients du groupe Synthèse étaient significativement plus susceptibles de présenter une morphologie musculaire anormale, une morphologie tendineuse anormale et/ou une morphologie articulaire anormale. Ceci était principalement lié au terme contracture de flexion ou à ses descendants (Fig. 2). Dix-huit des quatre-vingt-treize patients du groupe Synthèse présentaient une contracture de flexion d’une ou plusieurs articulations (descendant de la contracture de flexion). Une « contracture » est un raccourcissement ou un durcissement d’un muscle ou d’un tendon qui entraîne une perte de mouvement de l’articulation en question ; elle est donc répertoriée dans les hiérarchies des muscles, des tendons et des articulations du HPO. Outre les contractures en flexion, une poignée d’autres types de phénotypes ajoutent de l’importance à ces classes parentales. Un patient du groupe Synthesis présentait une anomalie du tendon d’Achille, qui est un enfant de la classe Morphologie anormale du tendon. Quant à l’anomalie de la morphologie des articulations, un seul patient présentait une ptérygie axillaire, c’est-à-dire la présence d’une membrane cutanée dans l’aisselle. En outre, plusieurs patients du groupe Synthèse et un seul patient du groupe Transamidase+Remodelage présentaient une hypermobilité articulaire (tableaux 1 et 2). Outre les contractures, plusieurs autres phénotypes observés ont contribué à l’augmentation significative du phénotype Morphologie musculaire anormale dans le groupe Synthèse. Ces phénotypes comprennent la dystrophie musculaire, la camptodactylie, l’amyotrophie généralisée, la macroglossie, la myopathie, les vacuoles bordées, la division des fibres musculaires, l’atrophie des muscles squelettiques, l’expression anormale de la dystrophine dans les muscles et les fibres. Deux patients du groupe Transamidase+Remodelage ont noté une morphologie musculaire anormale, mais ce groupe diffère dans les types de phénotypes rapportés (Atrophie des muscles squelettiques et Augmentation de la teneur en lipides des muscles).

Les patients du groupe Transamidase+Remodelage, dans l’ensemble, présentaient des anomalies phénotypiques plus diverses qui affectaient sélectivement cette population par rapport au groupe Synthèse (tableaux 3 et 4). Les altérations les plus courantes concernaient le développement osseux et facial et les troubles du développement neurologique. La fréquence de l’anomalie de la densité osseuse est significativement plus élevée chez les patients du groupe Transamidase+Remodelage par rapport aux patients du groupe Synthèse. L’ostéopénie, une réduction de la densité minérale osseuse inférieure à la normale mais pas aussi grave que l’ostéoporose, est apparue chez 22 % des patients du groupe Transamidase+Remodelage, alors que seulement 2 % des patients du groupe Synthèse ont été signalés comme souffrant d’ostéopénie. L’ostéopénie contribue presque entièrement à l’importance identifiée de la réduction de la densité minérale osseuse (terme parent), de l’anomalie de la densité minérale osseuse (terme grand-parent), de l’ossification osseuse anormale (terme arrière-grand-parent) et de la structure osseuse anormale (terme arrière-arrière-grand-parent) chez les patients du groupe Transamidase+Rémodélisation. Les seuls phénotypes supplémentaires de structure osseuse anormale observés étaient un cortex osseux mince observé chez un seul patient du groupe Synthèse , et deux patients ont été observés pour une densité minérale osseuse réduite et une ostéoporose chez un patient du groupe Transamidase+Remodelage (Tableau 4).

De même, les patients du groupe Transamidase+Remodelage, principalement les patients présentant des mutations PGAP3, sont significativement plus susceptibles de présenter une Macrotie. Les patients du groupe Transamidase+Remodelage ont été classés comme ayant une Macrotie (grandes oreilles supérieures à 2x l’écart-type) dans 25% des cas, alors que l’incidence n’était que de 2% pour les patients du groupe Synthèse. La grande majorité de ces patients du groupe Transamidase+Remodeling ont été décrits comme ayant spécifiquement de grandes oreilles charnues, un enfant de la Macrotie (tableau 4).

Les autres anomalies du développement facial trouvées chez les patients du groupe Transamidase+Remodeling étaient une morphologie anormale du palais dur et son terme enfantin, la fente palatine. Ces deux phénotypes sont apparus avec une fréquence significativement plus élevée dans le groupe Transamidase+Remodelage que dans le groupe Synthèse (29 % contre 6 % des patients) (tableau 4, figure 2). La fente palatine était le phénotype prédominant identifié chez 16 patients du groupe Transamidase+Remodelage (contre 6 patients dans le groupe Synthèse), ce qui fait que la morphologie anormale du palais dur et la fente palatine sont toutes deux significatives. En outre, deux patients du groupe Transamidase+Remodelage ont été décrits comme ayant une fente labiale et palatine médiane, arrière-petite-fille de fente palatine, ce qui a également contribué à l’importance de ces deux phénotypes (tableau 4, figure 2). Comme le terme Fente palatine a plusieurs parents dans le HPO, la Fente orale a également été identifiée comme sélectivement enrichie chez les patients du groupe Transamidase+Remodelage. Outre les phénotypes déjà mentionnés, l’importance du terme Fente orale provenait de la Fente labiale supérieure et de la Fente labiale (Tableau 4, Fig. 2).

De nombreux patients des deux groupes présentent des Anomalies du nez, mais les patients du groupe Transamidase+Remodelage étaient significativement plus susceptibles de présenter des altérations du nez (Groupe Synthèse = 28% vs Groupe Transamidase+Remodelage = 61%). Les deux groupes présentent des anomalies du nez, comme une pointe nasale large et une arête nasale large, qui sont les plus fréquentes dans chaque groupe. Alors que de nombreuses anomalies du nez sont présentes dans les deux groupes, le nez proéminent n’a été trouvé que dans le groupe Transamidase+Remodelage (15%). Le nez proéminent semble être fortement associé aux mutations de la PGAP3 et n’a été signalé que chez ces patients. Un patient du groupe Synthèse présentait une arête nasale promontoire (tableau 4).

Il existe de nombreux phénotypes mentaux et cognitifs affectant les deux groupes, cependant, le groupe Remodelage semble avoir été impacté plus souvent. Bien que les deux groupes comptent un pourcentage élevé de patients présentant une anomalie du développement neurologique, 98 % des patients du groupe Transamidase+Remodelage présentaient une anomalie du développement neurologique, contre 73 % des patients du groupe Synthèse. Plus précisément, le groupe Transamidase+Remodelage présentait une incidence accrue de retard de développement neurologique, de déficience intellectuelle et d’anomalie comportementale (92, 66 et 42%, respectivement) alors que le groupe Synthèse présentait une population significativement plus faible avec ces anomalies (61, 16 et 15%, respectivement) (Tableau 4).

La division que nous avons choisie entre les groupes Synthèse et Transamidase+Remodelage n’est qu’une des nombreuses façons possibles de diviser la voie GPI, et nous avons raisonné que d’autres partitionnements pourraient afficher d’autres différences phénotypiques. Afin d’explorer cette possibilité, nous avons défini un groupe composé des gènes de synthèse de la GPI ainsi que des gènes du complexe transamidase (groupe Synthèse+Transamidase) et l’avons comparé aux gènes responsables du remodelage des acides gras (groupe Remodelage). Le groupe Remodelage comprend les gènes PGAP1, PGAP3, PGAP2 et PGAP5 (un sous-ensemble du groupe Transamidase+Remodelage initial). Le groupe Synthèse+Transamidase a montré un enrichissement des anomalies de l’appareil urinaire. Le groupe Remodelage a montré un enrichissement pour certains des mêmes termes que dans le groupe Transamidase+Remodelage, notamment anomalie comportementale, retard de développement neurologique, anomalie du palais dur, fente orale et fente palatine. En outre, le groupe Remodelage présentait une diminution du périmètre crânien, une modification de l’emplacement des yeux, des anomalies de la morphologie des oreilles et des paupières, une large arête nasale, des anomalies de la lèvre supérieure et une phosphatase alcaline élevée (fichier supplémentaire 1 : tableau S3).

Gènes causaux candidats pour les phénotypes composants des IGD

Les mutations dans les gènes qui codent pour les enzymes de la voie de biosynthèse de la GPI entraînent un mauvais ciblage des GPI-APs , mais la distribution anormale des GPI-APs dans les IGDs n’a pas été caractérisée en détail. Notre hypothèse est que le mauvais ancrage et, par conséquent, le mauvais ciblage des GPI-APs individuelles conduisent à un dysfonctionnement des protéines ciblées qui, à son tour, conduit à certaines ou à toutes les anomalies phénotypiques observées dans les IGDs. Une meilleure compréhension du mauvais ciblage des GPI-APs pourrait donc clarifier la pathogenèse moléculaire des IGDs et mettre en lumière les corrélations génotype-phénotype.

Plus de 142 protéines humaines ont été identifiées dans UniProt comme étant ancrées aux GPIs (fichier additionnel 1 : tableau S2). Parmi celles-ci, 23 (soit 16%) de ces gènes codant pour des GPI-AP ont été associés à au moins une maladie mendélienne (un total de 34 maladies mendéliennes a été identifié), et donc à de nombreux phénotypes qui définissent ces maladies. Nous n’avons pas observé d’enrichissement significatif des termes de la Gene Ontology pour les gènes, ni d’enrichissement des termes de la Mammalian Phenotype Ontology (y compris la létalité embryonnaire) parmi les orthologues de ces gènes (données non présentées). Trente-quatre phénotypes chez les patients présentant des mutations dans les gènes ancrés dans la GPI chevauchent les phénotypes des patients atteints de GDC (tableaux 1 et 2). Le fait que la mutation du gène de la GPI-biosynthèse et les mutations des gènes ancrés à la GPI puissent provoquer des phénotypes qui se chevauchent mais qui ne sont pas identiques est attendu puisque les mutations dans la voie de la GPI-biosynthèse modifieraient probablement l’activité et la fonction d’un certain nombre de protéines ancrées à la GPI, et par conséquent, de multiples voies de signalisation.

Pour approfondir les voies affectées par les mutations du gène de la GPI-biosynthèse, nous avons étudié les phénotypes qui ont été observés comme étant plus fréquents dans les groupes Synthèse ou Transamidase+Remodelage. Dans le groupe Synthèse, les gènes associés aux 5 phénotypes caractéristiques (Tableau 3) ont été comparés. Au total, 102 gènes ont été associés à des maladies mendéliennes qui partagent chacune des cinq caractéristiques phénotypiques (fichier supplémentaire 1 : figure S1).

Lors de la comparaison des gènes associés au groupe Transamidase+Remodelage, deux gènes ont été associés à 15 des 16 phénotypes enrichis du groupe Transamidase+Remodelage : la tyrosine kinase du récepteur du facteur de croissance des fibroblastes (FGFR2) et un partenaire de signalisation en aval, B-Raf (BRAF) (fichier supplémentaire 1 : figure S2). FGFR2 et B-Raf sont associés à tous les phénotypes du groupe Transamidase+Remodelage, à l’exception des grandes oreilles charnues. Notamment, ces gènes sont associés au terme parent des grandes oreilles charnues, Macrotia. L’exclusion des grandes oreilles charnues peut être due au fait que les patients présentent de grandes oreilles mais pas de grandes oreilles charnues, ou bien à la spécificité avec laquelle les médecins présentent les données des patients ou aux détails enregistrés par les conservateurs et les chercheurs. Les mutations du FGFR2 sont associées à plus de dix maladies distinctes, dont le syndrome de Pfeiffer et le syndrome de Crouzon. Les mutations de BRAF sont associées à sept maladies, dont le syndrome de Noonan de type 7 et le syndrome cardiofaciocutané.

Bien que ni FGFR2, une protéine membranaire, ni B-Raf n’aient été identifiés comme des GPI-AP, il a été démontré que FGFR2 s’associe aux radeaux lipidiques dans les oligodendrocytes et les ostéoblastes et que la translocation de B-Raf se produit plus rapidement en présence de radeaux lipidiques . Les GPI-AP sont associés aux radeaux lipidiques, ce qui suggère qu’il pourrait s’agir d’une voie d’altération clé pour les mutations spécifiques du groupe Transamidase+Remodelage (Fig. 3). Plusieurs autres partenaires de signalisation dans la voie du FGFR2 sont également associés aux radeaux lipidiques, notamment le ligand FGF2 et le FRS2. Il peut y avoir plusieurs cibles ou interactions avec les GPI-AP et les voies de signalisation du FGFR2.

Il est intéressant de noter que deux protéines cibles, GPC3 et GPC6, sont associées à 25 des anomalies phénotypiques associées au GPI-AP (tableau 5). Ces deux protéines sont des membres de la famille des glypicans, des protéoglycanes à base d’héparane sulfate qui sont liés à la surface cytoplasmique de la membrane plasmique par une liaison GPI covalente. GPC3 peut agir comme un corecepteur FGFR1 et FGFR2 nécessaire pour la réception et le relais ultérieur des signaux FGF9 responsables du contrôle du développement vasculaire coronaire , suggérant un lien possible.

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