# Bases moléculaires de la pénétrance incomplète et de l'expressivité variable des maladies génétiques
cardiaques : revue de la littérature

Alexis Billes

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Alexis Billes. Bases moléculaires de la pénétrance incomplète et de l'expressivité variable des maladies génétiques cardiaques : revue de la littérature. Médecine humaine et pathologie. 2022. dumas-04061122

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ANNEE 2022

THESE n°2022 – 162

THESE POUR LE DIPLOME D'ETAT DE DOCTEUR EN
MEDECINE
SPECIALITE GENETIQUE MEDICALE

Présentée et soutenue publiquement

le mercredi 19 octobre 2022

par

Alexis BILLES

# Bases moléculaires de la pénétrance incomplète et de l'expressivité variable des maladies génétiques cardiaques :
revue de la littérature

PRESIDENT DU JURY :

Monsieur le Professeur Henri COPIN

MEMBRES DU JURY :

Monsieur le Professeur Didier KLUG

Monsieur le Docteur Alexis HERMIDA

Monsieur le Docteur Gilles MORIN

DIRECTEUR DE THESE :

Monsieur le Docteur Guillaume JEDRASZAK
Monsieur le Professeur Henri COPIN

Professeur des Universités – Praticien Hospitalier

Histologie-Embryologie-Cytogénétique

Chef du Service de Médecine et Biologie de la Reproduction et CECOS de Picardie

Pôle « Femme-Couple-Enfant »

Responsable de l'UF de Cytogénétique du Laboratoire de Génétique Constitutionnelle

Pôle « Biologie, Pharmacie et Santé des Populations »

Chevalier dans l'Ordre des Palmes Académiques

Monsieur le Professeur,

Je vous remercie de me faire l'honneur de présider mon jury de thèse.

Je vous remercie également pour l'accueil que vous avez pu me faire dans votre service lors de mon stage dans votre unité et pour les précieux enseignements que vous avez pu m'y donner. J'ai apprécié discuter avec vous de sujets culturels, nombreux et variés mais toujours en-richissants, notamment sur l'histoire de la cytogénétique française.

Soyez assuré de mon profond respect et de mes plus sincères remerciements
Monsieur le Professeur Didier KLUG

Professeur des universités -Praticien Hospitalier
Cardiologie – Institut Cœur-Poumon du CHRU de Lille
Centre de compétence pour les troubles du rythme - CHRU de Lille

Monsieur le Professeur,

Je vous remercie de me faire l'honneur d'avoir accepté de participer à mon jury de thèse.

Soyez assuré de mon plus profond respect et de mes plus sincères remerciements.
Monsieur le Docteur Gilles MORIN

Chef du service de Génétique Clinique

Responsable du centre de référence des maladies rares

Monsieur le Docteur, je vous remercie d'avoir accepté de faire partie de mon jury de thèse.

Je vous remercie également pour votre accueil au sein du service de génétique clinique ; pour votre grande mansuétude et longanimité. Je vous remercie aussi pour le partage prodigue de votre savoir éléphantesque, concernant la génétique clinique mais aussi tout sujet captivant l'intérêt ; qu'il soit scientifique, historique, littéraire ou artistique.

Soyez assuré de mon plus profond respect et de mes plus sincères remerciements.
Monsieur le Docteur Alexis HERMIDA

Cardiologie, Rythmologie et Stimulation cardiaque

Monsieur le Docteur,

Je vous remercie pour l'honneur que vous m'avez fait en acceptant de faire partie de mon jury de thèse.

Soyez assuré de mon profond respect et de mes plus sincères remerciements.
Monsieur le Docteur Guillaume JEDRASZAK

Maître de Conférences des Universités – Praticien Hospitalier (Génétique)

Je te remercie d'avoir accepté de diriger mon travail de thèse ainsi que pour tes conseils et ton aide la concernant.

Je te remercie également pour les bases solides que j'ai pu acquérir en biologie moléculaire grâce à toi et aux personnes dont tu as participé à la formation et qui m'ont par la suite encaadré.

Sois assuré de mon plus sincère respect et de ma profonde reconnaissance.
Je remercie les différents membres (secrétaires médicales, paramédicaux, techniciennes et techniciens de laboratoire, internes, praticennes et praticiens) des services du CHU d'Amiens et du CHRU de Lille, dans lesquels j'ai pu officier en tant qu'interne lors des 6 dernier semestres, et qui ont grandement participé à ma formation.
## Table des matières :

ABREVIATIONS 10

TABLE DES FIGURES 12

1 INTRODUCTION 13

2 DEFINITIONS - RAPPELS GENERAUX 15

2.1 ADN, gènes, traduction 15

2.2 Phénotype et génotype 17

2.3 Classification des variations génétiques 17

2.4 Formes d'hérédité 18

2.5 Pénétrance et expressivité 19

2.6 Relation entre la fréquence populationnelle et l'effet d'une variation 22

3 PRECISIONS THEORIQUES : MODIFICATEURS MOLECULAIRES DU PHENOTYPE 26

4 MODIFICATEURS D'EXPRESSIVITE ET DE PENETRANCE EN CARDIOLOGIE 31

4.1 Eléments modificateurs au locus pathogène (mono-alléliques) 31

5.1.1 Variabilité allélique .................................................................................. 31

5.1.2 Variants modulateurs monogéniques au locus : .................................................. 35

4.2 Modulateurs impliquant d'autres gènes 46

4.2.1 Implication de deux gènes différents ................................................................. 46

4.2.2 Implication de plus de deux gènes - oligogénisme .................................................. 48

4.2.3 Implication de plus de deux gènes - polygénisme .................................................. 51

4.3 Eléments non-codants / intergéniques 51

4.4 Autres mécanismes modificateurs du phénotype 54

4.4.1 Mosaïcisme .................................................................................................................. 54

4.4.2 Inactivation de l'X ........................................................................................................ 54

4.4.3 Empreinte génomique .................................................................................................... 55
5 DETERMINATION DES MODIFICATEURS PHENOTYPIQUES EN

CARDIOLOGIE 56

5.1 Détermination par des cas particuliers (familles / cas-cliniques) 56

5.2 Approche gène candidat 56

5.3 Utilisation de populations soumises à effet fondateur 57

5.4 Étude d'association pangénomique (GWAS) 57

5.5 Analyse intégrative génomique et épigénomique 58

6 Limitations pour identifier des allèles/gènes modificateurs 59

6.1 Mise en place de cohortes 59

6.2 Phénotypage 59

6.3 Environnement 59

7 INTERET DANS LA PRATIQUE ACTUELLE ET FUTURE 60

7.1 Stratification sur le risque évolutif chez les atteints et pré-symptomatiques 60

7.2 Utilité pour la population générale 61

7.3 Impact biologique dans la pratique de dépistage et diagnostic pré-symptomatique en cascade 61

7.4 Nouvelles thérapeutiques et médecine personnalisée : 62

9 CONCLUSION 64

ANNEXES 65

Code génétique 65

Nomenclature des acides-aminés 66

MOSAICISME 67

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES 68

RESUME DE THESE 89
## Abréviations :

**ADN** : Acide DésoxyRiboNucléique

**ARN** : Acide RiboNucléique

**ARNm** : Acide RiboNucléique messager

**BrS** : Syndrome de Brugada

**CMD** : CardioMyopathie Dilatée

**CMH** : CardioMyopathie Hypertrophique

**DAVD** : Dysplasie Arythmogène du Ventricule Droit autosomique dominante

**GWAS** : Etude d'association pangénomique (Genome-Wide Association Study)

**hiPSC** : Human Induced Pluripotent Stem Cells (cellules souches pluripotentes induites)

**MAF** : Fréquence Allélique Minimale

**MFIU** : Mort Fœtale *In Utero*

**miARN** : micro-ARN

**MSC** : Mort Subite Cardiaque

**ncARN** : ARN non-codant

**NCVG** : Non-Compaction du Ventricule Gauche

**pré-ARNm** : pré-Acide RiboNucléique messager

**PRS** : Score de risque polygénique (Polygenic Risk Score)

**SQTC-1** : Syndrome QT court de type 1

**SQTC-2** : Syndrome QT Court de type 2

**SQTL** : Syndrome du QT long

**SQTL-1** : Syndrome du QT-long de type 1

**SQTL-2** : Syndrome du QT long de type 2

**SQTL-3** : Syndrome du QT Long de type 3
**SRP** : Syndrome de Repolarisation Précoce

**TAD** : Domaines d'association topologique (Topologically Associating Domain)

**TDC** : Troubles De la Conduction

**TVPC** : Tachycardie Ventriculaire Polymorphe Catécholaminergique

**UTR** : Untranslated Transcribed Region

**VSI** : Variant de Signification Inconnue
**Table des figures :**

<table><tr><td>Figure 1 : Schéma simplifié d'un gène de trois exons</td><td>16</td></tr><tr><td>Figure 2 : Modes de transmission mendélienne</td><td>18</td></tr><tr><td>Figure 3 : Illustration de la pénétrance et de l'expressivité dans une famille (hypothétique) avec syndrome QT-long</td><td>21</td></tr><tr><td>Figure 4 : Répartition des variations selon leur fréquence et leur taille d'effet</td><td>23</td></tr><tr><td>Figure 5 : Hypothèse de l'effet de l'accumulation de variants sur le franchissement d'un seuil de pathogénicité cardiaque</td><td>24</td></tr><tr><td>Figure 6 : Classes d'effets modificateurs</td><td>26</td></tr><tr><td>Figure 7 : Modificateurs et cibles ; diagrammes résumant les situations possibles (génome simplifié composé de 10 gènes)</td><td>28</td></tr><tr><td>Figure 8 : Types de variations pathogènes moléculaires et effets protéiques possibles</td><td>33</td></tr><tr><td>Figure 9 : Disposition en cis et trans de variations pathogènes et hypomorphe</td><td>36</td></tr><tr><td>Figure 10 : Modifications d'expression génique, interaction ARNm et miARN</td><td>40</td></tr><tr><td>Figure 11 : Variant régulateur comme modificateur du phénotype d'une maladie</td><td>41</td></tr><tr><td>Figure 12 : Effets spécifiques aux allèles et mécanisme hypothétique des variants modificateurs de la maladie SQTL-1 dans le 3'UTR de KCNQ1</td><td>42</td></tr><tr><td>Figure 13 : Modification de l'expression génique de SCN5A, altérations du promoteur</td><td>45</td></tr><tr><td>Figure 14 : Oligogénisme, exemple d'une famille de la littérature</td><td>49</td></tr><tr><td>Figure 15 : TAD, variation de l'insulateur et action ectopique d'un enhancer</td><td>53</td></tr></table>
# 1 Introduction :

La prévalence des pathologies cardiaques d'origine génétique est de 1/500 à 1/1000 dans la population générale. Elles peuvent être sommairement divisées en deux « groupes » principaux, les **troubles du rythme et de la conduction cardiaque héréditaires**, relativement fréquents dans la population générale (syndromes du QT-long, Syndrome de Brugada, ...), et les **cardiomyopathies héréditaires** (cardiomyopathie hypertrophique et dilatée, Dysplasie ventriculaire droite arythmogène, ...). L'importance du diagnostic clinique de ces pathologies est double : conduire à la bonne prise en charge des patient (notamment anticiper le risque de mort subite d'origine cardiaque[1]), mais aussi initier un diagnostic génétique chez les cas index. Ce diagnostic permettant, en cas de positivité, un dépistage pré-symptomatique en cascade de ses apparentés.

L'interprétation des résultats des tests génétiques reste un défi à la fois pour le clinicien, le patient et le généticien. En effet, il est commun d'observer, dans une même famille, des individus porteurs d'un même variant causal de maladie étant symptomatiques et d'autres individus porteurs du même variant étant asymptomatiques (pénétrance incomplète : génotype positif mais phénotype absent[2]) et/ou présentant une sévérité moindre ou supérieure (expressivité variable). Il s'agit d'un fait commun en génétique humaine, même dans le cas de variations pathogènes à pénétrance communément considérée comme complète[3], et particulièrement dans celui des pathologies cardiaques héréditaires. Ces particularités sont connues depuis longtemps en cardiogénétique humaine.[4,5] A contrario, il existe également des études rapportant le cas de patients atteints d'une maladie cardiaque héréditaire familiale sans être porteurs de la variation pathogène présente dans la famille (génotype négatif mais phénotype présent), comme dans le syndrome de Brugada lié au gène *SCN5A*.[6-10]

L'avènement récent de grandes bases de données contrôles internationales[11,12] a mis en évidence que certaines anomalies génétiques considérées pathogènes (car présentes en cas de maladie), n'étaient finalement que des variations non-rares dans la population générale. La corrélation génotype/phénotype demeure donc incertaine.

Ces divers éléments, énigmatiques au premier abord, font suspecter non-pas une héritabilité classique, mais complexe et multifactorielle, impliquant des **facteurs modificateurs du phénotype**, dans les pathologies cardiaques héréditaires. Ces modificateurs peuvent être environnementaux (comme par exemple les facteurs aggravants que sont l'obésité dans la CMH[13] ; les traitements prolongeant le QT[14,15], le sexe des individus dans le QT long et le syndrome de Brugada[16-18] ; etc), mais également génétiques.
Notre travail se veut une synthèse des notions théoriques de ces mécanismes. C'est pourquoi nous discuterons à travers divers exemples et concepts issus de la littérature, des connaissances actuelles concernant les différents mécanismes moléculaires modulant l'expressivité et la pé-nétrance de maladies cardiaques d'origine génétique. Nous évoquerons ensuite succinctement les procédés utilisés pour détecter ces modulateurs et des difficultés propres à cette recherche ; puis nous traiterons de l'intérêt de ce type d'études dans la pratique actuelle et future.
## 2 Définitions - rappels généraux:

### 2.1 ADN, gènes, traduction :

L'Acide DésoxyRiboNucléique (ADN) est une macromolécule biologique supportant l'information génétique. Elle est constituée par des **nucléotides** (adénine [A], cytosine [C], guanine [G], thymine [T] et uracile [U]). Chez l'être humain, elle est située dans le noyau cellulaire en deux copies distinctes (chacune héritée d'un des deux parents), sous forme de segments nommés **chromosomes** (22 paires d'**autosomes** et une paire de **gonosomes**, dits « chromosomes sexuels »). Ces chromosomes sont topologiquement identifiables dans le noyau et à l'état condensé ou non selon l'étape du cycle cellulaire dans lequel se trouve la cellule.

L'ensemble du matériel génétique d'un individu est nommé **génome**. Il se compose d'un total de 3.1 milliards de paires de bases, incluant l'ADN nucléaire et mitochondrial.

Le génome admet des régions particulières appelées **gènes**, constituant les plus élémentaires unités d'information génétique[19]. Ce sont des séquences d'ADN codant une protéine donnée (et dans certains cas, un segment de protéine ou un **Acide RiboNucléique** (ARN) non-codant) participant entièrement ou en partie à un **trait/caractère** donné. A l'exception de certains gènes des gonosomes, tous sont normalement présents en deux copies dans chaque noyau cellulaire des individus (hors gamètes). Chacune de ces deux copies se nomme « **allèle** » (« version » d'un gène).

Le gène est initialement transcrit en **pré-ARN messager (transcription)** puis, après **épissage** et transformation en **ARN messager mature** (ARNm), est traduit en **protéine (traduction)**.

De façon schématique [cf. figure 1], les gènes sont formés de portions exoniques codantes (traduites en protéines), nommées « **exons** » et de zones introniques, non-codantes, qualifiés « d'**introns** » (transcrites en ARN messager mais non-traduites). Ils sont en outre encadrés de séquences, transcrites mais non-traduites, nommées **UTR** (Untranslated Transcribed Region) : une en début de gène nommée **5'-UTR** et une en fin de gène<sup>II</sup> nommée **3'-UTR**.

<footnote>II Les gènes sont décrits selon un sens début-fin correspondant au sens 5' vers 3'.</footnote>
Les régions situées entre les gènes sont dites « **intergéniques** ». Elles ne codent pas des protéines mais peuvent, dans certains cas et pour des régions précises, avoir un impact important sur la régulation de l'expression génique physiologique ainsi que pathologique [cf. partie 4.3].

On estime, chez l'individu humain, le nombre de gènes différents codant une protéine et ses **isoformes** à environ 20 000 à 25 000. Le nombre de « gènes non-codant » (transcrits en ARNs non-codant, autres que messagers) n'est quant à lui pas actuellement déterminé avec précision.[20,21]

<figure><img src="image_2.png" /><figcaption>**Figure 1 : schéma simplifié d'un gène de trois exons**</figcaption></figure>

Exons 1-2-3 (violet : ADN ; rouge : ARN) ; introns (bleu foncé) ; séquences non-traduites 5' et 3' UTR (gris).

Transcription du **brin matrice** (séquence complémentaire du **brin codant**) en **pré-ARN messager** de séquence semblable au brin matrice, via un complexe de transcription (ARN polymérase et facteurs de transcription).

Epissage du pré-ARN messager en **ARNm mature** (perte des introns).

Traduction en **polypeptide protéique** (« protéine »).
## 2.2 **Phénotype et génotype :**

Le **phénotype** est l'ensemble des caractères observables d'un individu<sup>III</sup> ; dus en partie à l'expression de son **génotype** (caractères « innés »), mais aussi du fait d'influences extérieures (environnement et caractères acquis).[23] Par abus de langage il est classique de parler de « phénotype » aussi à l'échelle d'une maladie donnée ou d'un caractère donné. Le phénotype peut être variable pour chaque maladie, allant de léger à sévère en fonction de la sévérité de l'atteinte.

Le **génotype** est l'ensemble des informations génétiques codant pour les caractères particuliers d'un individu.[24] A l'instar du phénotype, on fera également allusion au « génotype » à l'échelle d'une maladie donnée. En pathologie génétique on utilisera le terme « **génotypage** » pour évoquer la recherche ciblée de variations pathogènes d'un individu.

## 2.3 **Classification des variations génétiques :**

En génétique médicale, les **variants** ou **variations génétiques** sont des modifications de la séquence d'ADN d'un individu, qui la font différer de la **séquence de référence humaine**. Divers arguments (données épidémiologiques ; données structurales ; critères cliniques et généalogiques ; existence de variants associés ; données de ségrégation ; données computationnelles/bio-informatiques ; données fonctionnelles ; données bibliographiques[25]) sont pris en compte pour estimer les conséquences d'une variation et la classer en fonction de son impact sur un phénotype. A l'issue de ce classement, elles peuvent être considérées comme **pathogènes** et responsables d'un phénotype de maladie<sup>IV</sup> (car entraînant un effet délétère sur la protéine codée par le gène présentant la variation et/ou les protéines interagissant avec cette protéine ; ou engendrant un effet délétère sur des ARN non-codants). Ou elles peuvent être considérées comme **bénignes** (généralement le cas des variations très fréquentes dans la population générale, qualifiées de **polymorphismes**). Mais, certaines variations peuvent être difficilement classables entre ces deux catégories et seront dans ce cas nommées **variants de signification inconnue** (VSI).

<footnote>III Les premières collectes de phénotypes de maladies à bases clairement génétiques ont eu lieu au début du XXe siècle ([22] Karl Pearson).</footnote>

<footnote>IV Les variations pathogènes sont parfois aussi appelées « mutation », notamment dans la littérature anglophone. Cependant l'utilisation de ce terme n'est pas recommandée par les généticiens molécularistes français car il est considéré comme trop ambigu, non-représentatif de la réalité et sujet à de mauvaises interprétations.</footnote>
Les variations identifiées peuvent être héritées d'un des parents, des deux parents, ou être de novo (non héritées des parents mais générées lors de la gamétogénèse).

## 2.4 Formes d'hérédité :

L'héritabilité mendélienne ou dite « classique », a été premièrement théorisée par Gregor Mendel dans une publication de 1866[26], résumant ses études effectuées entre 1822-1884 sur l'hybridation végétale. Elle se caractérise par les mécanismes de transmission autosomique dominante (pour un gène donné codant pour un ou des traits donné, un seul allèle délétère est suffisant à l'expression d'un phénotype pathogène ; avec un risque sur deux de transmission du phénotype à la descendance) et récessive (deux allèles délétères sont nécessaires pour exprimer le phénotype, par homozygotieV ou hétérozygotie compositeVI) [cf. Figure 2]. La transmission d'apparence autosomique dominante est la plus classiquement rencontrée dans les syndromes cardiogénétiques fréquents.

<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>Transmission autosomique **dominante**</figcaption></figure>

<figure><img src="image_4.png" /><figcaption>Transmission autosomique **récessive**</figcaption></figure>

**Figure 2 : Modes de transmission mendélienne**

A) Transmission autosomique **dominante**

B) Transmission autosomique **récessive**

Paire d'autosomes homologues (gris clair) ; allèle sauvage (bleu foncé) ; allèle porteur d'une variation pathogène (Rouge) ; chromosome transmit à la descendance (flèches).

<footnote>V Variation pathogène identique sur chaque allèle.</footnote>

<footnote>VI Variations pathogènes différentes selon l'allèle.</footnote>
A contrario, dans le cadre de l'héritabilité dite **complexe** ou **multifactorielle**, la transmission d'un trait génique n'est pas conditionnée à un seul ou aux deux allèles d'un seul gène, mais à plusieurs allèles de gènes différents induisant un phénotype via un effet cumulatif [cf. Figure 5]. Cette héritabilité est la plus fréquemment rencontrée, notamment concernant des traits mesurables « quantitativement » (comme par exemple la taille[27]).

La vision mendélienne est la plus communément admise et connue, et est celle utilisée en génétique médicale dans le cas de certaines maladies raresVII monogéniques. Néanmoins, elle demeure une extrême exception pour la plupart des traits phénotypiques de la population générale.

## 2.5 Pénétrance et expressivité :

La **pénétrance** [cf. figure 3] correspond à la proportion d'individus, dans une population donnée, exprimant un trait phénotypique lié à un génotype spécifique (par exemple, la proportion de membres d'une famille présentant cliniquement un SQTL porteurs du variant pathogène familial[30,31]). Elle peut notamment varier en fonction de l'âge (maladie à pénétrance complète après un âge donné), et/ou du sexe des individus, et/ou de l'environnement.[32,33] Mais elle peut également varier du fait de la présence de facteurs génétiques constitutionnels modulant la pénétrance.

En cas de pénétrance complète (100% des individus porteurs du génotype présentent le phénotype associé), l'enfant d'un individu atteint d'une maladie autosomique dominante a un risque de 50% (1/2) d'être atteint par la maladie de son parent atteint. Si la pénétrance de la maladie est incomplète, il reste difficile de statuer du risque évolutif d'un individu encore asymptomatique (maladie ne se déclarant qu'à un âge avancé par exemple) ou d'un individu à naître.

La pénétrance incomplète est un phénomène extrêmement représenté en génétique humaine, en particulier dans les pathologies dominantes. Certains auteurs considèrent que la pénétrance complète d'un trait phénotypique particulier (une maladie par exemple) nécessite généralement la présence d'une variation génétique initiale et d'au moins un facteur génétique modificateur supplémentaire[34], sauf cas particulier.

<footnote>VII La définition de maladie rare varie en fonction des pays. En Europe on considère qu'il s'agit d'une maladie touchant moins de 1 personne sur 2000 ; aux Etats-Unis d'Amérique, 1 personne sur 1500 ou moins de 200 000 personnes dans le pays ; Au Japon moins de 1 personne dur 2500.[28,29]</footnote>
L'expressivité [cf. figure 3] se définit comme le degré de variation d'un trait phénotype clinique (degré de gravité différent ou caractéristiques différentes) chez des individus porteurs d'un génotype spécifique.

Par exemple, une même variation cardiogénétique pathogène se présentant phénotypiquement par un syndrome arythmique plus ou moins sévère selon les individus, ou par une cardiomyopathie dilatée (CMD) au lieu d'un trouble du rythme isolé, par exemple en cas de mutation du gène *SCN5A*. Elle peut également être variable en fonction de l'environnement et de facteurs génétiques constitutionnels modulateurs. De la même façon que la pénétrance incomplète, l'expressivité variable est un phénomène très fréquemment rencontré en génétique humaine.

En parallèle de la notion d'expressivité variable est aussi théorisée la notion de pléiotropie[35]. Un gène est appelé « pléiotrope » lorsqu'il peut affecter plusieurs traits différents d'un phénotype. Par conséquent, la pléiotropie peut-être cliniquement responsable du spectre élargi d'une pathologie. Des variations dans un même gène peuvent ainsi donner l'impression qu'elles induisent des phénotypes apparemment sans lien évident.

Divers exemples cardiogénétiques:

- La pléiotropie importante du gène *SCN5A* pouvant, pour le même variant pathogène se manifeste sous forme d'un SQTL, d'un syndrome de Brugada (BrS), d'un trouble isolé de la conduction cardiaque, par de la fibrillation atriale, par un sick-sinus syndrome, par des cardiomyopathies dilatées et même, dans certains cas, par de l'épilepsie.[36-41]

- Le gène *CACNA1C* peut s'exprimer, selon la variations pathogène en cause, sous forme d'un BrS, d'un SQTL, des syndromes avec troubles neurodéveloppementaux +/- épilepsie.[42,43]

- Certaines variations du gène *ANK2* habituellement lié au SQTL de type 4 et le gène *KCNJ2*, lié au syndrome d'Andersen-Tawil[44,45], qui entraînent chez certains patients un SQTL associé à une Tachycardie Ventriculaire Polymorphe Catécholaminergique (TVPC).[46,47]

- L'extrême pléiotropie du gène *GJA1* pouvant mener, entre-autres, à des arythmies cardiaques, des malformations cardiaques létales, des syndromes cutanés, des dysplasies oculo-dento-osseuses.[48-51]

La pléiotropie est très probablement induite par des éléments modificateurs du phénotype (génomiques et/ou environnementaux). Il s'agit également d'un phénomène très fréquemment rencontré en génétique humaine. Ainsi on estime que 24% des gènes humains seraient pléiotropes.[52]
**Figure 3 :** Illustration de la pénétrance et de l'expressivité dans une famille (hypothétique) avec syndrome QT-long (inspiré par Giudicessi et al.[53] et Coll et al.[54]) :

(ronds : femmes ; carrés : hommes, D : légende)

A) Famille avec QT-long électrocardiographique et cliniquement symptomatique (syncopes, arrêt cardiaque, ...) de **pénétrance complète à l'âge adulte** (100%) et de transmission d'aspect auto-somique dominante (transmission « verticale ») sur plusieurs générations. Le fœtus est porteur de la variation pathogène (génotype positif) mais ne présente aucun phénotype électrocardiographique ou clinique.

B) Famille avec une **pénétrance incomplète à l'âge adulte** (62,5%) pour le phénotype électrocardiographique et clinique.

C) Famille avec **pénétrance incomplète à l'âge adulte** (75%) et une **expression variable** (sévérité moindre ou augmentée). Certains membres sont porteurs de la variation pathogène ont un QT long électrocardiographique mais sans symptomatologie clinique. Le fœtus montre des signes électrocardiographiques précoce (sévérité majorée).

<figure><img src="image_5.png" /></figure>

<figure><img src="image_6.png" /></figure>

<figure><img src="image_7.png" /></figure>

<figure><img src="image_8.png" /></figure>

En cardiogénétique humaine, les modifications intra-familiales de pénétrance et d'expressivité ont été remarquées très précocement, par exemple, dans le SQTL[4], avant même d'identifier les gènes en causes dans ces affections.[55-58]
## 2.6 Relation entre la fréquence populationnelle et l'effet d'une variation :

Les variations génétiques sont considérées **communes** si leur **fréquence allélique minimale (MAF)** dans la population générale est > 5%. Elles sont considérées comme peu fréquentes si leur MAF est entre 0,5 et 5%, et rares si leur MAF est < 0,5%<sup>VIII</sup> (très rares si < 0,1%).<sup>[1]</sup>

Les **variants rares** (MAF < 0.5%) sont considérés comme plus souvent à fort impact phénotypique[60] sur la théorie supposant que leur rareté provient d'une forte **pression de sélection** en population générale, rendant moins probable leur transmission entre générations du fait d'un phénotype « délétère » associé (ils sont observés, en pathologie, dans les **maladies mendéliennes monogéniques**).

Les **variants à effets intermédiaires**, sont considérés comme peu fréquents mais non-rares dans la population générale (MAF 0,5-5%). Cela du fait de leur faible impact, donc de leur faible sélection et de leur transmission possible à travers les générations[61] (notions résumées dans la figure 4[62,63]), ce sont le cas de variants modulateurs du phénotype.

Les **variants communs** (MAF > 5%) sont à effets mineurs. Ils ne peuvent pas entraîner un phénotype chez un individu, mais leur effet n'est pas nul. Certains auteurs estiment[64], que les variants génomiques communs n'expliqueraient, globalement, pas plus de 5% des variations phénotypiques. Cependant il aurait été par exemple montré que les variants communs participaient pour au moins 21% de la variation de durée de l'intervalle QT dans la population générale[65].

Ces notions sont valables pour une population donnée. Les MAF d'un variant donné peuvent changer selon les populations. Ainsi un variant peut être classé comme rare dans un groupe déterminé, mais comme commun dans un autre.

<footnote>VIII Les définitions peuvent différer selon les auteurs, certains considérant qu’un variant dit peu fréquent possède une MAF entre 1 et 5% (voir par exemple Goswami *et al*. [59]).</footnote>
<figure><img src="image_9.png" /><figcaption>**Figure 4 : répartition des variations selon leur fréquence et leur taille d'effet** (d'après Manolio *et al.*[62] et McCarthy *et al.*[63]):</figcaption></figure>

Les **variants rares** à **effets majeurs** (bleu foncé), sont généralement découverts via des familles particulières atteintes de maladies mendéliennes rares monogéniques (études de liaisons), à pénétrance et sévérité (expressivité) forte.

Les **variants peu fréquents** mais non-rares (bleu clair) ont un **effet intermédiaire**. Ils ne causent pas de maladie mendélienne mais peuvent en augmenter la sévérité et la pénétrance, ils interviennent dans l'hérédité oligogénique. Ils sont détectés par séquençages ou relectures de génomes et d'exomes.

Les **variants communs** (rouge) ont généralement un **effet très modeste**. Ils sont déterminés par des études d'association pangénomique (GWAS, [cf. partie 5.4]) et interviennent dans l'hérédité polygénique.

Les **variant communs à effet majeurs** sont inhabituel, ils sont décrits par exemple dans la dégénérescence maculaire liée à l'âge.[66]
Notion d'accumulation de variations :

Par définition les variations modulatrices ne sont pas suffisantes pour causer une pathologie, contrairement à une variation pathogène monogénique mendélienne. Elles peuvent cependant être nécessaires pour entraîner une pathologie. Ainsi, une accumulation de variants à effets intermédiaire et/ou faibles, associée à un variant pathogène rare à effet moyen, peut permettre de dépasser un seuil de pathogénicité révélant cliniquement une maladie.[67-69] Les facteurs environnementaux peuvent également participer à révéler une maladie. [cf. figure 5]

<figure><img src="image_10.png" /><figcaption>**Figure 5 :** Hypothèse de l'effet de l'accumulation de variants sur le franchissement d'un seuil de pathogénicité cardiaque (inspiré par Walsh et al.[68], Bezzina et al.[69] et Dipple et al.[67]):</figcaption></figure>

1) **Maladie mendélienne monogénique** : un seul variant pathogène rare est suffisant pour causer la maladie, dont la sévérité peut être aggravée par la présence de variants à effet intermédiaire et faible.

2) **Maladie quasi-mendélienne** : variant rare à impact fort mais non suffisant pour causer la pathologie, nécessite l'addition de variations à effet intermédiaire et effet faible.

3) **Rôle d'un facteur modificateur protecteur à effet intermédiaire** : diminue (flèche) l'impact d'un variant rare à effet fort et l'empêche de passer le seuil de pathogénicité.

4-5) **Maladie oligo ou polygénique, multifactorielle** : chaque variant est nécessaire mais aucun n'est suffisant pour dépasser le seuil de pathogénicité. Cependant l'accumulation de tous ces éléments en simultané le permet.

Le comportement mendélien et multifactoriel forme un continuum dans les maladies cardiaques d'origine génétique ; allant du syndrome du QT-long (comportement tendant vers le mendélien) à la cardiomyopathie dilatée (tendant vers le multifactoriel).

(SQTL : syndrome du QT long ; TVPC : tachycardie ventriculaire polymorphe
catécholaminergique ; CMH : cardiomyopathie hypertrophique ; BrS : syndrome de Brugada ;
SRP : syndrome de repolarisation précoce ; CMD : Cardiomyopathie dilatée).
### 3 Précisions théoriques : modificateurs moléculaires du phénotype :

Bien que de mise en évidence récente, le concept d'éléments modulateurs génomiques modifiant le phénotype d'un trait et sa pénétrance est ancien (voir les travaux de Ronald Fisher publiés en 1919[70,71] ; et ceux de John Burdon Sanderson Haldane dans les années 40[72]).

Les **modificateurs génétiques** correspondent à des variations de séquence d'un locus génomique, pouvant modifier la **pénétrance**, l'**expressivité**, la **pléiotropie** ainsi que la **dominance** d'une pathologie associée à un variant pathogène donné [cf. figure 6].

<figure><img src="image_11.png" /><figcaption>**Figure 6: Classes d'effets modificateurs**</figcaption></figure>

(inspiré par Riordan et Nodeau [73,74]):

**A)** Cas hypothétique d'un allèle délétère « + » au comportement **récessif**, pouvant entraîner une CMD à pénétrance complète (100%) et expressivité invariable en cas d'homozygotie chez les individus, sans la présence de modificateur génétique.

Allèle sauvage « - ».

**B)** Modificateur génétique **impactant la dominance** ; l'allèle délétère « + », au comportement initialement récessif, a désormais un comportement autosomique dominant comparé à l'allèle sauvage « - ». Tous les cas « +/- » auront une CMD identique aux cas « +/+ » en **A**.

**C)** Modificateur génétique **diminuant la pénétrance** (≈34%) et donc la fréquence de survenue de CMD chez les individus « +/+ » (individus non-atteints ou à phénotype subclinique asymptomatique).

**D)** Modificateur génétique **diminuant l'expressivité**. Entraine une diminution de la sévérité de la CMD chez les homozygotes « +/+ ».

**E)** Modificateur génétique de la pléiotropie, les individus avec CMD ont aussi désormais des troubles de la conduction (TDC).
Un variant modulateur peut être spécifique d'un ou plusieurs gènes. Son rôle modulateur change en fonction du gène cible, potentiellement de sa disposition vis-à-vis de l'allèle du gène cible, et même en fonction du **contexte/fond génotypique** de l'individu (par exemple un impact différent en fonction de la population d'origine d'où est issu l'individu), par des mécanismes compensateurs complexes formant un véritable **réseau d'interaction génique**, par phénomène d'épistasie (dans sa définition large[75], d'interaction génique autre qu'additive, de deux ou plusieurs gènes non-alléliques, modifiant le phénotype). [cf. figure 7]
<figure><img src="image_12.png" /><figcaption>Figure 7 (1 et 2) : Modificateurs et cibles ; diagrammes résumant les situations possibles (génome simplifié composé de 10 gènes) d'après Riordan et Nodeau[74] :</figcaption></figure>

1) Principe de modificateur et de cible, effet sur le phénotype :

1.A) Pas de modificateur du phénotype ou de gène cible ➔ phénotype basal attendu chez l'individu normal.

1.B) Variation dans le gène 7 (rouge) altérant le phénotype basal mais sans présence de modificateur génétique du phénotype pouvant modifier son activité.
1.C) Variation dans le gène 3 (bleu) jouant un rôle de modificateur du phénotype mais ne pouvant être mis à exécution en l'absence de variation cible du gène 7 altérant le phénotype basal (spécificité d'action sur la variation du gène 7).

1.D) Relation fonctionnelle (flèche) entre l'allèle 7 et l'allèle modificateur 3. Le phénotype altéré ne peut être modifié que lorsque le modificateur en allèle 3 et la variation altérant le phénotype basal (allèle 7) sont présents. Simultanément.

2) complexité des modificateurs et leurs cibles :

2.A) Cas classique → un modificateur (bleu) et sa variation cible (rouge).

2.B) 3 génomes distincts présentant différents variant (allèles 1, 3, 4) modulant le phénotype associé à l'allèle du gène 7.

2.C) Modificateur 3 agissant sur plusieurs cibles (7, 8, 10).

2.D) Exemple d'épistasie complexe impliquant de multiples gènes (1, 3, 4, 7, 8, 10) interagissant de différentes façons (directionnelle ou bidirectionnelle). Les gènes en violet sont des allèles interagissant à la fois comme des cibles et des modificateurs.

Les maladies cardiogénétiques mettent très probablement en jeu la survenue de modificateurs génétiques et d'une hérédité complexe, à la fois multifactorielle et polygénique.

Plusieurs arguments étayent cette hypothèse :

1) Des variations pathogènes causales d'une pathologie cardiaque héréditaire sont peu souvent mises en évidence en cas d'analyse génétique chez les patients atteints, même en cas d'étude d'exome voir de génome (ex : environ 30% des SQTL, 20% des BrS[76] ; 40 à 60% des CMH et 15 à 40% des CMD[77-79] ; cf. Cardiogen).

2) *A contrario*, un nombre relativement important de variants considérés comme pathogènes pour des maladies cardiaques héréditaires est retrouvé dans le séquençage d'exome de grandes cohortes de la population générale exempte de maladie cardiaque (vu dans les cardiomyopathies par exemple[80], et dans une moindre mesure dans le syndrome du QT long[81]). Ce qui laisse supposer une participation de ces variants à une hérédité plus complexe que la transmission dominante autosomique monogénique simple.

3) La présence d'individus atteints de manière sporadique (notamment très remarqué dans le BrS associé à SCN5A[7], par exemple) ou de personnes ayant des atteintes différentes malgré la même variation pathogène.[39,82]
4) Certains traits phénotypiques quantitatifs, sur de grandes cohortes de patients malades avec la même variation pathogène, ont des valeurs chevauchantes, aux extrêmes, avec les individus sains de la population générale (et donc une différence de pénétrance). Comme dans la longuer du segment QT par exemple.[4,82,83]
# 4 Modificateurs d'expressivité et de pénétrance en cardiologie :

## 4.1 Eléments modificateurs au locus pathogène (mono-alléliques) :

### 4.1.1 Variabilité allélique :

La variabilité phénotypique d'une maladie cardiaque d'origine génétique peut s'expliquer, pour un gène donné, par la nature (faux-sens, non-sens...) et les conséquence (perte de fonction, gain de fonction, ...) de la variation pathogène en cause. On parlera de **variabilité allélique**. Cette variabilité peut s'exprimer phénotypiquement par une différence de pénétrance et/ou d'expressivité (et/ou de pléiotropie), chez des patients de différentes familles (**variabilité inter-familiale** de la pénétrance et de l'expressivité).<sup>IX</sup> Ainsi, dans la plupart des troubles de la conduction héréditaires autosomiques dominants, il a été démontré qu'une modification de la maladie était possible suivant le type de variation pathogène portée par un individu atteint (variant à **effet perte de fonction** ; variant à **effet gain de fonction** ; variant à **effet dominant négatif**<sup>[87]</sup> [cf.figure 8]), ainsi qu'en fonction de la localisation/domaine protéique atteint.

**Effet gain de fonction / effet perte de fonction :**

Les variations **gain de fonction** font gagner une nouvelle fonction à la protéine codée (ce mécanisme est principalement effectif dans les maladies autosomiques dominantes et concerne principalement des variations faux-sens). Elle s'oppose donc aux variations **perte de fonction** qui mènent à une protéine codée non-fonctionnelle ou moins fonctionnelle, ou à l'absence de protéine (le plus fréquemment via une variation **non-sens**, par certains variants décalant le cadre de lecture, mais plus rarement en raison d'une variation **faux-sens**).

Un exemple très illustratif de la variabilité allélique affectant le phénotype (par gain de fonction ou perte de fonction) est celui du syndrome QT long et du syndrome QT-court, consécutifs à des variations pathogènes dans les gènes codant les canaux ioniques cardiaques. L'atteinte des gènes de canaux potassiques KCNQ1 et KCNH2, est associée à un phénotype de syndrome de QT-long (respectivement le SQTL-1 et SQTL-2) en cas de variation pathogène perte de fonction (diminution du fonctionnement des canaux potassiques de la membrane cardiomyocytaire permettant l'efflux d'ions potassium, et donc rallongement du temps de repolarisation) ; alors qu'elle est associée, en cas de variation pathogène gain de fonction, au QT-

<footnote>IX A noter que, même s'il peut rester délicat d'évoquer les SQTL comme une entité pathologique homogène, des différences de pénétrance et d'expressivité existent aussi entre gènes responsables des syndromes du QT-long (**variabilité génique**). Ainsi l'âge de pénétrance et le risque d'évènement arythmique létal est différent selon le gène incriminé dans les syndromes du QT-long.[84-86] Cette variabilité génique est aussi vue dans le cadre des cardiomyopathies.</footnote>
court (SQTC-2, SQTC-1)[83] (raccourcissement du temps de repolarisation par efflux potassique transmembranaire facilité) et/ou à la fibrillation atriale dans le cas de KCNQ1.[88-90]

Le gène SCN5A, qui code pour la sous-unité alpha du canal sodique cardiomyocytaire (responsable de l'initiation et de la propagation des potentiels d'action) est, entre-autres, associé au QT-long en cas de variations gain de fonction (augmentation de l'influx sodique dans le cardiomyocyte et donc prolongation du potentiel d'action), et au syndrome de Brugada en cas de variation perte de fonction (baisse de l'expression de SNC5A et donc de canaux sodiques cardiomyocytaires[91], entraînant un ralentissement du potentiel d'action). Les pertes et gains de fonction de ce gène peuvent, en outre, conduire à diverses pathologies et même à de véritables syndromes chevauchant en présence de variations pathogènes ayant des caractéristiques à la fois perte et gain de fonction.[92]

**Effet dominant négatif :**

Ce sont des variations pathogènes entraînant la création d'une protéine modifiée affectant négativement la protéine sauvage codée par l'allèle sauvage. Elles entraînent généralement un phénotype plus sévère pour une pathologie donnée, comme cela est décrit dans certains cas de SQTL-1.[82,93-98]

**Variants non-sens, décalant le cadre de lecture et faux-sens :**

Les variants **faux-sens** sont ponctuels (substitution nucléotidique) et entraînent la modification d'un acide aminé de la protéine codée [cf. nomenclature en annexe]. Les variants **non-sens** sont également ponctuels, ils créent un **codon stop** prématuré [cf. code génétique en annexe] qui engendre soit la création d'une protéine tronquée (le plus souvent non-fonctionnelle), soit l'absence de synthèse protéique. Les variants **décalant le cadre de lecture**<sup>X</sup> correspondent à l'insertion et/ou la délétion d'un ou plusieurs nucléotides (autre qu'un multiple de trois), qui occasionne un décalage du cadre de lecture traductionnel et généralement la création d'un codon stop prématuré à distance. [cf. figure 8]

Par exemple, de façon globale dans le cadre du SQTL-1, les variations non-sens de KCNQ1 seraient (en comparaison des variants faux-sens et de ceux décalant le cadre de lecture) significativement associées à un risque réduit d'évènements cardiaques chez les patients porteurs.[99(p1)]

<footnote>X Nommé « frameshift » dans la littérature anglophone.</footnote>
<figure><img src="image_13.png" /></figure>

**Figure 8 :** Types de variations pathogènes moléculaires et effets protéiques possibles :
(adénine [A], cytosine [C], guanine [G], thymine [T] ; Acides aminés : Valine [Val], Tyrosine [Tyr], Isoleucine [Ile], Histidine [His], Thréonine [Thr] [cf. nomenclature des acides aminés en annexe])

**A) Situation normale** : séquence d'un allèle sauvage d'un gène codant pour une protéine fonctionnelle.

**B) Substitution nucléotidique pathogène**<sup>XI</sup> **faux-sens** pouvant mener à une perte ou un gain de fonction, ou à un effet dominant négatif (protéine délétère ayant un impact sur la protéine sauvage codée par l'allèle homologue sauvage).

**Substitution nucléotidique non-sens** : création d'un codon STOP, menant généralement à une perte de fonction de la protéine codée (ou une absence de protéine codée).

**Décalage du cadre de lecture** : délétion d'un nucléotide décalant le cadre de lecture et menant

<footnote>XI Certaines substitutions nucléotidiques faux-sens ne sont pas pathogènes et codent une protéine fonctionnelle.</footnote>
à un codon STOP à distance, menant à une perte de fonction de la protéine codée (ou une absence de protéine codée).

## Localisation et domaine protéique de la variation pathogène :

La sévérité du phénotype d'une pathologie cardiaque imputable à un gène donné, pour un même type de variant pathogène, peut aussi être due à la localisation du variant, et notamment en raison du domaine protéique impacté. Cette caractéristique est notamment bien illustrée dans les troubles de la conduction cardiaque héréditaires.

Ainsi, dans le cadre du SQTL-1, les patients porteurs, à l'état **hétérozygote**, de variants pathogènes faux-sens du gène *KCNQ1* correspondant à la région transmembranaire du canal potassique, auraient un plus grand risque d'évènements cardiaques, contrairement à ceux situés en partie C-terminale<sup>XII</sup> de la protéine.[86,100] Les individus porteurs à l'état hétérozygote de variants faux-sens situés dans les boucles C<sup>XIII</sup> du canal codé par *KCNQ1* sont tout-autant considérés comme à plus grand risque d'arrêts cardiaques et de mort subite contrairement à ceux situés dans d'autres localisations protéiques. Le bénéfice d'un traitement par bêta-bloquants est également plus important dans leur cas (peu importe le type de variation causant le SQTL-1).[101]

Dans le cadre du SQTL-2, il a été rapporté que les variations pathogènes faux-sens en régions « S5-loop-S6 » de *KCNH2* sont significativement associées à un plus grand risque d'arythmies menaçant le pronostic vital que les autres.[102]

Ces exemples sont loin d'être exhaustifs et restent à nuancer selon les pathologies cardiaques (cardiomyopathies par exemple[103]), mais illustrent un premier niveau de modulation du phénotype des pathologies cardiaques d'origine génétique.

<footnote><sup>XII</sup> Partie située après l'acide aminé 355 de la protéine.</footnote>

<footnote><sup>XIII</sup> Deux boucles-C, une située entre les acides aminés 171 à 195 et l'autre entre les acides aminés 242 à 262 de la protéine.</footnote>
### 4.1.2 Variants modulateurs monogéniques au locus :

Ces éléments modulent le phénotype entre des patients porteurs du même variant pathogène (par exemple variations phénotypiques intra-familiales d'une pathologie exprimée par un même génotype). Ils sont circonscrits au gène causant la maladie ou à ses éléments modulateurs. Comme expliqué dans la partie 2 (« définitions, rappels généraux »), un même variant pathogène peut s'exprimer différemment et ne pas avoir la même pénétrance en fonction des individus. Pour un gène à un locus donné, ceci peut être dû à des éléments modificateurs génomiques **intra-géniques** en trans (sur l'allèle homologue au gène porteur de la variation pathogène) ouen cis (sur le même allèle que celui porteur de la variation pathogène). [cf. figure 9] Ces éléments peuvent modifier l'expressivité et la pénétrance d'une pathologie liée à un gène ; en aggravant son phénotype ou en l'atténuant, ou en ajoutant ou retirant des éléments phénotypiques.

#### 4.1.2.1 Modulateurs monogéniques au locus - codants :

##### 4.1.2.1.1 Homozygotie ou hétérozygotie composite de variations pathogènes à effet fort :

L'expressivité d'un phénotype peut être modifié par une altération pathogène des deux allèles d'un gène associé à une pathologie cardiaque réputée autosomique dominante.
Le gène KCNQ1 illustre parfaitement cette particularité. Il est associé à la forme "classique" de syndrome de QT long de type 1 (appelé syndrome de Romano-Ward) (SQTL-1), à transmission autosomique dominante [cf. figure 2] lorsqu'un seul des deux allèles de KCNQ1 est porteur d'une variation pathogène. Si une variation pathogène est portée sur chacun des deux allèles de KCNQ1, un phénotype aggravé est possible (nommé syndrome de Jervell et Lange-Nielsen) avec une surdité associée.[104-106] La même chose a pu être remarquée dans la CMH, avec une fréquence importante de cas concernant le gène sarcomérique MYBPC3.[79,107]

Dans la TVPC liée à CASQ2, il a été observé que les individus porteurs de deux variations délétères en trans étaient symptomatiques sévères alors que leurs apparentés porteurs d'un seul des deux variants pathogène étaient paucisymptomatiques (voire asymptomatiques).[108-110]
4.1.2.1.2 **Allèle hypomorphe en cis de la variation pathogène (monogénique monoallélique):**

Les doubles variations faux-sens en cis sont parfois mises en évidence chez des patients avec une pathologie cardiaque héréditaire. Elles peuvent être associées à un phénotype clinique aggravé. Généralement, une des deux variations engendre la création d'un allèle délétère dit « hypomorphe » (diminution non-pathogène de l'expression du gène, ou de la fonctionnalité de son produit protéique). L'autre est une variation délétère d'un phénotype pathogène connu. Si ces deux types de variations (hypomorphe et pathogène) sont situées sur le même allèle (en cis), il peut en résulter un phénotype aggravé d'une maladie. [cf. figure 9]

L'équipe de Blair *et al.*[111] décrivaient dès 2001 ce type de mécanisme modificateur d'expressivité en cardiogénétique, chez une famille avec des CMH de **phénotype aggravé**, induites par deux variations de *MYH7* en cis, l'une hypomorphe p.(Val606Met), et l'autre pathogène p.(Ala728Val).

<figure><img src="image_14.png" /><figcaption>**Figure 9 : Disposition en cis et trans de variations pathogènes et hypomorphe**</figcaption></figure>

A) Situation habituelle, les deux allèles sauvages du gène sont sans variation pathogène ou hypomorphe.

Variation pathogène (en rouge) et hypomorphe (en blanc) en cis (B) ou en trans (C).
4.1.2.1.3 **Allèle hypomorphe en trans, « Double hit » (monogénique bi-allélique):**

De la même manière, un allèle hypomorphe et un allèle pathogène disposés en *trans* peuvent induire un phénotype aggravé. Dans ce cas la littérature utilise plus volontairement le terme de « double hit ». Le premier « hit » correspondant à la variation pathogène initiale et le second « hit » à une variation d'effet moindre sur le second allèle, modifiant l'expressivité et/ou la pénétrance de la pathologie. [cf. figure 9]

Un exemple très connu de la littérature est celui de la variation du gène KCNH2 p.(Lys897Thr) (rs1805123) :

KCNH2 est un gène codant pour le canal potassique IKr, décrit comme responsable du syndrome du QT long de type 2 (SQTL-2) de façon autosomique dominante. La variation p.(Lys897Thr), est un polymorphisme présent dans la population générale[112] de MAF ≈ 24%, ayant un effet sur la repolarisation[113-115,115] et a été premièrement décrite comme ayant une tendance à rallonger le QT chez les porteurs, dans des cohortes finlandaises en 2002 puis 2008.[115-117] Elle a aussi attiré l'intérêt de certaines équipes par l'étude de familles au phénotype particulier. Ainsi, en 2005 Lia Crotti et al. [118] abordent le cas d'une patiente atteinte d'un SQTL-2 symptomatique porteuse à la fois du variant pathogène KCNH2 p.(Ala1116Val) et du polymorphisme de KCNH2 p.(Lys897Thr) en trans (hétérozygotie composite). Les membres de sa famille porteurs à l'état hétérozygote de la variation p.(Ala1116Val) mais pas de la variation p.(Lys897Thr) étaient asymptomatiques ou présentaient un QT-long modéré transitoire. En 2010, Nof et al.[119], décrivent une famille avec une mère présentant un SQTL-2 asymptomatique, porteuse à l'état hétérozygote d'une variation pathogène non-sens du gène KCNH2. Et un père sans QT-long porteur du polymorphisme p.(Lys897Thr) de KCNH2. Parmi les quatre enfants issus de ce couple, seuls les deux porteurs du variant maternel et paternel (hétérozygotes composites) présentaient un QT-long sévère et exprimé précocement (décès d'une fille à l'âge de 2ans et décès d'un fœtus symptomatique in-utero). Ces deux cas et cette étude de cohorte semblent donc démontrer une probable aggravation phénotypique due à l'allèle hypomorphe de KCNH2 p.(Lys897Thr). Cependant, plusieurs équipes décrivent un effet protecteur de cet allèle hypomorphe (abaissement de la longueur du QT) dans des cohortes ouest-européennes[115,120] et nord-américaines[121]; a contrario de l'effet aggravant (rallongeant le QT) dans les cohortes finlandaises. L'équipe de Xianqing et al., en 2008, rapporte des familles ou la variation, portée en cis d'une variation pathogène de KCNH2, possède un effet protecteur et non pas aggravant du phénotype de SQTL-2. Van den Brink et al. apportent une explication fonctionnelle en 2021, en répétant cette situation de variant hypomorphe
en cis dans des cellules souches pluripotentes induites (hiPSC) dérivées des cardiomyocytes.[121]

Cette situation démontre une particularité plusieurs fois évoquée dans la littérature, où un même modulateur peut être impliqué dans une aggravation ou une amélioration d'un phénotype pathologique donné en fonction de sa disposition allélique ou d'autres éléments parfois méconnus ou incompris (effet population-spécifique par exemple). Cette particularité peut être un frein à leur détection, du fait de résultats discordants suivant les études.

#### 4.1.2.1.4 Deux allèles hypomorphes en trans (monogénique bi-allélique):

Dans certains cas, deux allèles portant des variations hypomorphes à effet faible, disposés en trans, peuvent engendrer un phénotype inhabituellement plus grave que la forme dominant simple d'une maladie. En effet, des auteurs[122,123] décrivent ce cas de figure chez des individus porteurs de variations hypomorphes de KCNQ1 à l'état hétérozygote composite ou homozygote. La dominance de ces variants tend donc vers un comportement récessif. Cependant, tous ces porteurs bi-alléliques de variations hypomorphes présentent dans la littérature un phénotype cardiaque de SQTL-1 à sévérité plus importante que dans le SQTL-1 classique monoallélique. De façon intéressante, il est à remarquer qu'étant a priori hypomorphes, ces variations ne conduisent toutefois pas à un véritable syndrome de Jervell et Lange-Nielsen (pas de surdité chez ces patients) comme l'aurait fait des variations pathogènes à effet fort.

Ces divers exemples illustrent l'importance de la prise en compte des allèles hypomorphes pour stratifier au mieux les patients selon leur risque d'évolution d'une pathologie cardiaque héréditaire.
4.1.2.2 Modulateurs au locus - non-codants :

4.1.2.2.1 Modificateur en 3’UTR :

Comme expliqué précédemment [cf. partie 2.1 ; figure 1], la région 3' UTR est transcrite
en ARNm mais n'est pas traduite en protéine. Cette région joue un rôle dans la régulation de
l'expression génique. Il s'agit d'une zone de liaison aux micro-ARN (miARN). Les miARN<sup>XIV</sup>
sont des ARNs non-codants (ncARN) de 20 à 26 nucléotides de long, exprimés de façon spéci-
fique dans les tissus. Le génome humain coderait environ 1800 miARN, qui cibleraient environ
60% des gènes humains.[124-126] Ils régulent post-transcriptionnellement (sur l'ARNm) l'expres-
sion génique en inhibant la traduction de l'ARNm ou en promouvant sa dégradation via leur
fixation séquence-spécifique en 3'UTR de l'ARNm.[127-129] Par conséquent des variations
présentes en séquence 3'UTR d'un allèle, ou dans son ou ses miARN correspondants, peuvent
induire une diminution (par perte de complémentarité entre le miARn et la séquence ARN
3'UTR) de la répression de la traduction de l'ARNm en protéine, et donc une augmentation de
l'expression génique de cet allèle. [cf. figure 10]. Ou, à l'inverse, une augmentation de l'affinité
avec un miARN (ou une création d'affinité avec un autre miARN), peut augmenter la répression
de cet allèle.

<footnote>XIV Aussi appelés « silencing RNA ».</footnote>
<figure><img src="image_15.png" /><figcaption>Figure 10 : Modifications d'expression génique, interaction ARNm et miARN</figcaption></figure>

A) Situation habituelle, la fixation d'un miARN complémentaire de la séquence 3'UTR d'un ARNm, entraîne une répression d'expression génique attendue via la traduction protéique correspondante.

B) En haut, un miARN avec variation de séquence (en noir), une séquence 3'UTR sauvage ; en bas, miARN à séquence sauvage, 3'UTR avec variation de séquence (en noir). Modification de la complémentarité entre la séquence 3'UTR de l'ARNm et la séquence du miARN, modification de l'expression génique (diminution de la répression si baisse de la complémentarité, augmentation de la répression si augmentation de l'affinité miARN/ARNm) et donc potentiellement du phénotype clinique en cas de maladie génétique.

Selon l'hypothèse de Castel *et al.* (2018)[130], reprise par Cerrone *et al.* (2019)[131], si cette diminution de la répression par altération de la séquence 3'UTR touche un allèle initialement porteur d'une variation pathogène codante, cela peut modifier l'expression de la protéine traduite et donc la sévérité d'une pathologie (par exemple l'aggraver car l'expression de l'allèle ayant une séquence altérée sera plus imortante que celle de l'allèle à séquence sauvage qui est réprimée à minima normalement). [cf. figure 11]

Malgré les preuves apportées sur ce modèle, certaines études estiments que ce type de modificateur génétique ne serait pas le plus généralisable pour expliquer les variations d'expressivité et de pénétrance de pathologies.[74] Sa connaissance, compréhension et détection demeure néanmoins extrêmement intéressante, notamment en vue d'une potentielle utilisation thérapeutique. (cf partie 7.4)
<figure><img src="image_16.png" /><figcaption>**Figure 11 :** Variant régulateur comme modificateur du phénotype d'une maladie (d'après l'hypothèse de Cerrone *et al.*[131] et castel *et al.*[130]):</figcaption></figure>

Allèles formé d'exons (rouge) et introns (bleu foncé), variants régulateurs répresseur (-) ou expresseur (+).

A) Variation pathogène codante (en noir sur un exon rouge d'un allèle) située en cis d'une variation régulatrice répressive (-) non-codante (par exemple en 3'UTR, mais d'autres éléments régulateurs seraient possibles, (cf partie 4.1.2.2.2 et 4.3) → diminution de l'expression de la protéine pathogène (en rouge) et expression normale compensatrice de la protéine codée par l'allèle sauvage (protéine bleu clair). Individu non-malade ou à phénotype atténué.

B) Variation pathogène codante située en trans du variant répresseur → expression protéique du variant sauvage diminuée (répression) et expression de l'allèle pathogène augmentée. Individu malade (ou phénotype aggravé) avec augmentation de la pénétrance de la variation codante pathogène.

Un exemple marquant de la littérature est celui de l'étude de l'équipe de Amin *et al.* (2012)[132], qui ont voulu mettre en évidence ce mécanisme dans le cadre du syndrome du QT long lié au gène KCNQ1 (SQTL-1). Leur équipe, supposant que certains variants en 3'UTR de ce gène pouvaient entraîner une diminution de l'expressivité de l'allèle porteur, fit un travail de séquençage des gènes KCNQ1 et de leur 3'UTR chez des patients avec SQTL-1, avec une détermination de la position cis ou trans de ces allèles. Dans leur cohorte de 168 patients (33 variations pathogènes codantes de KCNQ1 différentes), ils montrent que la longueur du QT et la symptomatologie, chez des patients atteints de SQTL, augmente corrélativement au nombre de variations en 3'UTR en cis de la variation pathogène codante de KCNQ1 et diminue au nombre de variations en trans sur l'allèle sauvage [cf figure 12]. Ils montrent également qu'in vitro (transfection de plasmides avec activité luciférase dans des cardiomyocytes primaires de rats) l'expression génique des allèles porteurs des variations en cis en 3'UTR est diminuée.
<figure><img src="image_17.png" /><figcaption>Figure 12 : effets spécifiques aux allèles et mécanisme hypothétique des variants modifi-
cateurs de la maladie SQTL-1 dans le 3'UTR de KCNQ1 (issu de Giudicessi et al.[53],
d'après Amin et al.[132]):</figcaption></figure>

A) Résumé des effets alléliques spécifiques des 3 variants en 3'UTR (cases jaunes) sur l'intervalle QT corrigé en fonction de la fréquence cardiaque (barres vert foncé) et sur l'appariation de symptômes (ligne gris clair) chez les patients avec SQTL-1. M : allèle muté.

B) Hypothèse d'un mécanisme médié par les miARN selon lequel les allèles avec des variants en 3'UTR (cases jaunes) de KCNQ1 modifient l'assemblage stœchiométrique des sous-unités de canaux potassiques Kv7.1 des cardiomyocytes et mène à un phénotype aggravé ou diminué.
En 2016, Crotti et al.[133] tentent, en vain, de reproduire le même résultat dans une plus grande cohorte (747 individus contre 168 auparavant) d'individus issus de populations homogènes (trois variations pathogènes fondatrices A341V[134], G589D et IVS7-2A<G) pour éviter le plus de biais possibles. Le résultat n'étant pas reproduit, les auteur incriminent une mauvaise méthologie statistique dans la précédent étude (cohorte plus petite, donc moindre puissance statistique, populations plus hétérogènes car analyse des SQTL-1 issus de 33 variations pathogènes codantes différentes, ...).

Malgré l'argumentaire justifié de Lia Crotti et al., il demeure difficile de tirer une conclusion définitive devant ce résultat discordant.[135,136] En effet, cette étude n'a été faite que sur 3 variants pathogènes de KCNQ1 (contre 33 pour Amin et al.). Ces variants sont spécifiques de sous-groupes populationnels [cf. partie 5.3], ce qui pourrait possiblement mener à de fausses conclusions si ces populations présentent un élément régulateur quelconque perturbant la régulation en 3'UTR de KCNQ1. De fait, comme nous l'avons déjà rapporté précédement, une variation modulatrice peut agir différemment selon une sous-population donnée, parfois même avec un effet inverse, sans que cela ne soit toujours explicable. Amin et al. signalent également que le mécanisme de correction ou d'aggravation du QT est probablement favorisée en cas de variation pathogène à effet dominant négatif contrairement à ceux à perte de fonction (qui entraînent une haploinsuffisance). Ce qui n'est pas le cas de la majorité des variations pathogènes fondatrices étudiées par Crotti et al.

Très récemment, Winbo et al.[137] corroborent l'hypothèse de Amin et al., via l'étude d'une cohorte avec variation pathogène fondatrice de KCNQ1 à effet dominant négatif (KCNQ1 p.(Tyr111Cys)[138]). Dans leur travail il existe également une aggravation du SQTL-1 (QT allongé) lorsque certaines variations sont présentes en 3'UTR en cis de la variations p.(Tyr111Cys) et un raccourcissement de QT lorsque ces variations de la 3'UTR sont en trans.

Malgré ces discordances de résultats, le modèle théorique impliquant les 3'UTR reste très intéressant comme modificateur de la gravité d'atteinte pour les canalopathies cardiaques héréditaires.

Le mécanisme inverse (des variations en 3'UTR créant des sites de fixation et/ou une meilleure affinité pour des miARN répresseurs) est décrit comme causal (non-modificateur) de plusieurs maladies non-cardiaques[139-144], dans la morphogénèse cardiaque et les malformations cardiaques congénitales cardiaque.[145] A notre connaissance, un seul cas avec rôle modificateur dans les maladies cardiaques héréditaires humaines aurait été rapporté dans une famille avec syndrome de Brugada.[146] Concernant le SQTL, l'étude de Hedley et al., portant sur plusieurs miARN régulant l'expression des canaux ioniques cardiomyocytaire (miR-1-1, miR-1-
2, miR-133a-1 et miR-133a-2) chez 125 patients avec SQTL sans variant pathogène identifié, n'a pas révélé de lien de cause à effet entre certains variants de ces miARN et la gravité du SQTL présenté par les patients de leur cohorte.[124]

### 4.1.2.2.2 Modificateurs en 5'UTR :

Les **promoteurs** sont des petits éléments de séquence génétique, situés à proximité des gènes, en 5'UTR. Ils sont reconnus par des facteurs de transcription et l'ARN polymérase permettant ainsi l'initiation de la transcription génique (et donc son expression). Si une variation de séquence est présente au niveau du promoteur d'un gène, son expression peut ainsi en être modifiée et induire un phénotype pathologique.

La fixation de facteurs de la transcription peut aussi être modifiée en fonction de son état méthylé$^{XV}$ (inaccessible aux facteurs de la transcription), ou déméthylé (accessible). [cf. figure 13]

Park et al.[147], décrivent ainsi une grande famille ou les membres porteurs, à l'état hétérozygote, de la variation décalant le cadre de lecture SNC5A p.(Gln646ArgfsX5) sont atteints soit de BrS à phénotype « léger » (sans évènements cardiaques), soit de BrS sévères. Ils expliquent cette différence de phénotype par la présence à l'état homozygote de deux polymorphismes faux-sens (rs41310749 et rs41310239, déjà étudiés auparavant[148]) dans un promoteur de SCN5A chez les patients les plus sévèrement atteints (la présence de ces deux polymorphismes à l'état hétérozygote, qu'il soit en cis ou trans à la variation SNC5A p.(Gln646ArgfsX5), n'ayant pas un effet suffisant selon eux pour aggraver le BrS). Ces polymorphismes empêchant la fixation de divers facteurs de la transcription.

Le mécanisme de méthylation du promoteur peut aussi être mis en jeu pour moduler un phénotype. Ainsi, selon Matsumura et al.[149] la variation commune SCN5A p.(His558Arg) (rs1805124) semblerait agir comme un modulateur protecteur dans le BrS. Il aurait été effectivement montré que ce variant diminuait la méthylation physiologique du promoteur de SCN5A et augmentait l'expression du gène, et que les individus atteint de BrS mais porteur de SCN5A p.(His558Arg) avaient des profils ECG moins sévères, ainsi que qu'une diminution de l'occurrences de fibrillations ventriculaires. Dans leur revue récente (2022), Lopes-Marques et al.[150] nuacent considérablement ce propos, en faisant remarquer que l'effet de la variation p.(His558Arg) aurait été décrit à la fois comme protecteur, aggravant ou sans effet sur le BrS

<footnote>$^{XV}$ Radical méthyle (CH$_3$) présent sur les cytosines de la séquence</footnote>
en fonction de la variation pathogène de SCN5A lui étant associé. Ainsi selon eux, 17 varia-
tions pathogènes en association à p.(His558Arg) auraient été citées dans la littérature : 9 dimi-
nuant la sévérité du phénotype de BrS[151-157] ; 8 l'aggravant[154,158-160], et 9 autres n'ayant au-
cune incidence.[154] Les auteurs supposent différents mécanismes pour expliquer ces résultats,
dont en partie celui cité ci-dessus.

Ces exemples illustrent à la fois le probable rôle modulateur du phénotype de certaines
variations en 5'UTR dans les canalopathies cardiaques héréditaires, mais aussi la complexité
de leur mise en évidence et de la prédiction de leur effet.

<figure><img src="image_18.png" /></figure>

**Figure 13 : Modification de l'expression génique de SCN5A, altérations du promoteur :**

A) **Situation physiologique**, des facteurs de la transcription (rouge) peuvent se fixer au pro-
moteur (bleu clair) du gène SCN5A (bleu foncé) et permet l'initiation de la transcription gé-
nique et une expression physiologique du gène.

B) Une (ou plusieurs) **variation dans le promoteur** (en noir) empêche ou diminue la fixation de facteurs de la transcription. L'expression du gène *SCN5A* est altérée

C) Méthylation du promoteur (orange). Impossibilité de fixation des facteurs de la trans-
cription. L'expression du gène est altérée.

Ces différents éléments, indiquent donc que le séquençage à la fois des régions codantes,
mais aussi des UTRs, est important pour permettre une bonne stratification du risque chez le
patient atteint d'une maladie cardiaque héréditaire, ainsi que chez ses apparentés.
## 4.2 Modulateurs impliquant d'autres gènes :

### 4.2.1 Implication de deux gènes différents :

Comme expliqué en amont [cf. partie 2.2], un phénotype pathologique lié à une variation délétère sur un gène donné, peut être modulé par la présence d'une autre variation sur un autre gène. [cf. figure 5] Cette situation est à différencier du véritable **digénisme**.XVI[161] Dans le cas du digénisme, les deux variations sont indispensables mais ne sont pas suffisantes individuellement pour provoquer la maladie. Dans le cas d'un modulateur impliquant un gène différent, soit une variation sur un des gènes permet de passer un seuil de symptomatologie clinique (augmente la pénétrance, [cf. figure 5], par exemple en cas de gènes codant pour une sous-unité d'une même protéine multimérique ou d'un ensemble protéique à fonction spécifique : canal ionique ; jonction desmosomale ; sarcomère ; etc) ; soit il s'agit d'un modulateur phénotypique, aggravant ou améliorant un phénotype induit par l'autre gène porteur de variation.

#### Variations permettant le passage du seuil de pathogénicité :

Une proportion non-négligeable de patients portant une combinaison de variations rares ou peu fréquentes d'un ou deux gènes associés au QT long a été remarqué dans plusieurs cohortes[122] (5 à 10 % dans la cohorte de Rohatgi et al.[162], 8,4% dans celle de Itoh et al.[163]). Les patients porteurs ont généralement un phénotype aggravé par rapport à celui de leur apparentés. Les apparentés porteur d'une seule des variations familiales étant parfois asymptomatiques ou pascisymptomatiques, le mécanisme pathogénique peut là aussi être rapproché d'un « double hit » [cf. partie 4.1.2.1.2] mais impactant des gènes différents (codant pour le même canal ou non). Le même phénomène a pu être démontré dans les cardiomyopathies hypertrophiques[107,164-166]XVII, ainsi que dans la dysplasie arythmogène du ventricule droit autosomique dominante (DAVD), qui est une pathologie connue pour sa pénétrance incomplète, voire son sporadisme (en mettant en jeu des variations pathogènes simultanées de deux gènes codant pour des protéines desmosomales).[167,168]

#### Variations dans un gène différent modulant un phénotype préexistant :

Ce type de variant peut aggraver ou améliorer un phénotype lié à différentes variations pathogènes initialement causale de la maladie. Il met en jeu des gènes codants pour des protéines dont la fonction est liée à celle codée par le gène « causal » de la maladie. Cette fonction

<footnote>XVI Le « digénisme » reste cependant une notion à définition variable selon les auteurs.</footnote>

<footnote>XVII Dans ces publications, des situations similaires à celles expliquées en partie 4.1 (mutations homozygotes ou hétérozygotes de mêmes gènes) sont aussi décrites et mènent aux mêmes conclusions.</footnote>
peut être déjà connue. Dans ce cas le variant modulateur sera découvert via une approche de séquençage et d'interprétation gène-candidat [cf. partie 5.2], mais il peut aussi s'agir d'une découverte « aléatoire » par étude d'association pangénomique (GWAS) [cf. partie 5.4].

### NOS1AP et QT-long :

Le gène NOS1AP est un gène codant pour une protéine adaptatrice de l'oxyde nitrique synthase 1.[169] Certains de ses variants communs modulent la durée de l'intervalle QT dans la population générale.[170] Ils aggravent aussi la durée du QT et le risque arythmique chez les patients avec SQTL de type 1 et 2.[171,172,173(p2),174,175] Même si ce type de polymorphisme impactant la durée du QT a été décrit de nombreuses fois dans des GWAS, l'exemple de NOS1AP est notable car l'effet de ses variations modulatrices de QT semble relativement large contraires à ce qui serait attendu pour des variations communes [cf. partie 2.6] (sauf dans certaines populations[176]). Son polymorphisme rs12143842 ayant l'effet le plus important (modification du QT de 3.5ms, alors que les différentes variations communes modifiant le QT retrouvées par GWAS ont un effet faible en modifiant la durée du QT d'environ 0.5 à 2ms[131]). Le lien physiologique entre la protéine codée par NOS1AP et les cardiomyocytes ne semble pas encore clairement élucidé.

### KCNE1 p.(Asp85Asn) :

La variation p.(Asp85Asn) de KCNE1 (rs1805128) est aussi un variant modificateur à effet fort retrouvé en GWAS (du fait d'une MAF d'environ 1% dans la population générale). Il fut initialement associé à un risque accru de SQTL induit par des médicaments[177-179], et pré-dispose au SQTL. Il a également été décrit comme variant modificateur aggravant et augmentant la pénétrance du SQT-1,[120,122,180] notamment chez les hommes dans une population finlandaise (augmentation du QT de 26ms)[181] et dans divers GWAS. Le fait qu'il soit aussi fré-quemment retrouvé chez des patients avec SQTL clinique sans variant pathogène mendélien retrouvé[182,183], indique qu'il a un rôle dans l'hérédité multifactorielle (dépassement d'un seuil [cf. partie 2.6]) des SQTL.

Ce variant modifierait le courant de repolarisation lié au canal codé par KCNH2 (Ikr) et a priori celui lié au canal codé par KCNQ1 et KCNE1 (Iks) (études discordantes in vitro pour Iks).[122,183,184]
### Variation protectrice :

Des variations significativement protectrices dans le SQTL sont pareillement citées dans la littérature. Par exemple la variation KCNQ1-rs207423 diminue la durée du QT et le risque de symptômes.[185] Comme pour NOS1AP, son effet est relativement fort comparé à sa fréquence (variant commun) en population générale.

### 4.2.2 Implication de plus de deux gènes - oligogénisme :

Comme vu en figure 5, un phénotype pathogène peut être dû à plusieurs gènes d'impact sub-mendélien ou intermédiaire (accumulation de facteurs). Et son expressivité et pénétrance peut être modifiée selon le nombre de gènes inclus. Les exemples dans la littérature sont encore une fois multiples mais ponctuels (car ne rapportent souvent que des familles singulières).

Gifford et al. (2019) présentent notamment le cas intéressant (car associant des études sur modèles cellulaires et animaux) d'une famille avec une pénétrance et expressivité de non-compaction du ventricule gauche (NCVG), différente selon les variations faux-sens portées par ses membres. Ces variations impliquent les gènes *MKL2* (facteur de la transcription cardiaque), *MYH7* (gène très représenté dans les CMH[186]), et *NKX2-5* (associé à des malformations cardiaques congénitales), se trouvant sur des chromosomes différents. Le père, porteur des variations de *MKL2* et *MYH7* à l'état hétérozygote présentait une NCVG échographique mais asymp-tomatique (pénétrance incomplète à l'âge adulte). La mère porteuse à l'état hétérozygote de la variation du gène *NKX2-5* n'avait pas de phénotype particulier. Les trois enfants du couple étaient, tous simultanément porteurs à l'état hétérozygote des trois variations parentales et pré-sentaient, quant à eux, une NCVG à symptomatologie infantile, voire fœtale (pénétrance complète avant l'âge adulte). [cf. figure 14]
<figure><img src="image_19.png" /><figcaption>**Figure 14 :** Oligogénisme, exemple d'une famille de la littérature ((A) d'après Gifford *et al.*[187]) :</figcaption></figure>

A) Arbre représentant une partie de la famille décrite par Gifford *et al.* (2019). Père (I.1) avec NCVG non-symptomatique à l'âge adulte, porteur des variations pathogènes *MKL2-Q670H* (*MKL2* p.(Gln670His)) et *MYH7-L387F* (*MYH7* p.(Leu387Phe)) à l'état hétérozygote. Mère (I.2) porteuse de la variation très rare (*MAF* = 0.0012) *NKX2-5-A119S* (*NKX2-5* p.(Ala119Ser)), sans phénotype cardiaque particulier. Enfants du couple (II.1, II.2, II.3), porteurs à l'état hétérozygote des 3 variations parentales, atteints précocement d'une NCVG précoce (II.2) à « très précoce » (II.3 et le fœtus II.1).

Allèle sauvage : (+).

MFIU : Mort Fœtale *In Utero*

B) A l'instar de la figure conceptuelle 5 on pourrait supposer que l'atteinte précoce des enfant serait due à une accumulation de variants à effets intermédiaire, entraînant chez le père un phénotype mendélien-limite et la mère aucune atteinte, à l'inverse des trois enfants porteurs des trois variations identifiées.

Le variant maternel *NKX2-5-A119S* est « ultra-rare » mais avec des arguments moindres de pathogénicité (excepté sa MAF), ce qui montre que certaines variations peuvent être très rares mais à effet intermédiaire ou mineur [cf. figure 5]. Les études des auteurs sur modèles murins et des hiPSC dérivées des cardiomyocytes semble corroborer cette hypothèse.

D'autres exemples de ce type de transmission oligogénique existent dans la littérature en cardiomyopathie, mais le poids phénotypique de chaque variant n'est pas toujours aisément caractérisable du fait de l'absence de modèle cellulaire ou animal les études.[188,189]

L'oligogénisme est également largement décrit dans le BrS.[190,191]
## Doubles pathologies et chevauchement phénotypique :

Une forme plus « extrême » de cet oligogénisme peut être observée dans le cas où le phénotype pathogène est lié à une accumulation de plusieurs pathologies cardiogénétiques chez le même individu. Deux ou plusieurs allèles, pathogènes à effet mendéliens à pénétrance forte (chaque variant avec un effet fort dépassant le seuil de pathogénicité à lui seul [cf. figure 5]), sont présents chez le même patient qui possède ainsi véritablement « deux maladies » concomitantes.

Cette situation explique certaines fluctuations apparemment brutales du phénotype d'une pathologie dans une famille, chez des individus d'une seule branche, qui semble parfois inexplicable car le ou les allèles pathogènes surnuméraires (non-familiaux ; de novo ou provenant du parent n'appartenant pas à la famille index) n'ont pas été mis en évidence chez eux (gène non-séquencé ou non-interprété [cf. partie 7.1.3], panel trop restreint).

Cet état est décrit et discuté plusieurs fois dans la littérature en cardiogénétique (d'ordinaire par le biais de familles particulières), cependant l'apport phénotypique de la maladie rajoutée n'est pas toujours facilement évaluable, même en cas d'études fonctionnelles.[190] Cordiera et al. (2010)[190] décrivent, par exemple, le cas d'une patiente avec un phénotype chevauchant de SQTL-1 et SQTL-2, porteuse de variations pathogènes (prouvées fonctionnellement dans leur étude) à la fois dans KCNQ1 (gène associé au SQTL-1) et KCNH2 (gène associé au SQTL-2).

Wang et al. (2016)[192], décrivent eux, le cas d'une famille ou ségrégent, sur trois générations, quatre variations faux-sens de plus ou moins grande pathogénicité, dans des gènes associés aux cardiomyopathies codant pour des protéines sarcomériques (MYH7, MYLK2, TMEM70) et dans KCNQ1 (déjà publié comme pathogène[192,193]). Les porteurs des quatre variations ou des seules variations de KCNQ1 et MYLK2 présentant un phénotype chevauchant de SQTL-1 et de CMH. Les porteurs des seules variations MYH7 et TMEM70 ou TMEM70 et MYKL2, montrant seulement un phénotype de CMH isolée.
### 4.2.3 Implication de plus de deux gènes - polygénisme :

Le polygénisme des maladies cardiaques héréditaire est illustré par les très nombreux loci retrouvés par des études par GWAS ; notamment concernant les arythmies cardiaques hé-réditaires.[194,195] Cette situation d'association de variants fréquents à effet très faible est diffi-cilement utilisable en pratique.

## 4.3 Eléments non-codants / intergéniques :

Les éléments intergéniques jouent probablement un rôle majeur en termes d'expressi-vité génique chez l'humain et rajoutent un niveau de complexité concernant la modification de la pénétrance et de l'expressivité des pathologies. En cardiogénétique des variations non-codante modifiant l'expressivité d'un phénotype ont ainsi été plusieurs fois décrites[120] mais leur mécanisme pas toujours élucidé.

### Régulation par enhancer :

Un enhancer est un élément de séquence génétique stimulant la transcription d'un gène. Il est reconnu par des facteurs de la transcription s'y fixant de manière spécifique. En situation physiologique, lorsque ces facteurs de la transcription se fixent sur l'enhancer, cela induit une augmentation de la transcription par action sur le promoteur son gène cible. Les enhancers sont situés jusqu'à 1 mégabase, en amont ou en aval, du site initiateur de la transcription de leur gène cible.[196] Si la séquence de l'enhancer est modifiée, cela peut empêcher la bonne fixation de certains facteurs de la transcription et donc mener à une expression diminuée du gène ciblé par l'enhancer. Et donc, en conséquence, cela peut potentiellement aggraver une pathologie (modification de l'expressivité) ou abaisser son seuil de pathogénicité (augmentation de la pénétrance). [cf. situation assimilable à la figure 13]

Un exemple de variation modificatrice de phénotype utilisant le mécanisme enhancer a été identifié dans des cas BrS. En effet, il a été découvert, par GWAS[197] qu'une variation intro-nique commune du gène *SCN10A* (rs6801957) (gène codant pour des canaux sodiques pré-sents dans les neurones nociceptifs[198-200] et aussi exprimé dans le cœur[201-203]) était un pro-bable facteur de risque de BrS (risque cumulatif). Cette variation est localisée dans un enhan-cer modulant l'expression de *SCN5A*. Elle entraîne une perte de sensibilité de l'enhancer à des facteurs de transcription (TBX3 et TBX5). Il en résulte une baisse de l'expression de *SCN5A*, et donc un risque majoré de BrS.[204-206]

Il est à noter que le rôle de chaque enhancer est circonscrit dans un territoire géno-mique bien déterminé, nommé « Topologically Associating Domain» (TAD : domaines d'as-
sociation topologique), au-delà duquel il ne peut plus avoir d'effet (ce qui empêche les inte-
ractions non-voulues sur d'autres gènes) [cf. figure 15]. Ces territoires TAD sont délimités
par des zones « frontières » que l'on nomme des insulateurs (zone fixant un répresseur trans-
criptionnel CTCF). Si un insulateur perd sa fonction de frontière (par variation de sa séquence
d'ADN), il y existe un risque d'agrandir le territoire d'effet d'un enhancer, qui pourra alors
agir sur le promoteur d'un gène lui-étant normalement non-accessible. Dans ce cas, cette va-
riation en zone d'insulateur pourrait être considérée comme une variation modificatrice du
phénotype d'une maladie. Ce mécanisme a été bien décrit dans des pathologies du développe-
ment, mais nous n'avons pas trouvé dans la littérature d'exemple de variation constitution-
nelle d'insulateur agissant comme modificatrice du phénotype d'une pathologie cardiogéné-
tique.

Ces mécanismes par modification de séquences d'enhancer restent encore largement à étudier.
<figure><img src="image_20.png" /><figcaption>Figure 15 : TAD, variation de l'insulateur et action ectopique d'un enhancer :</figcaption></figure>

(inspiré par Pérez-Agustín et al. [207])

A) Situation physiologique, une séquence insulatrice fonctionnelle, séparation des deux territoires TAD. Interaction entre l'enhancer du gène A et le gène A, expression protéique du gène A. Gène B sans stimulation par enhancer, pas d'expression protéique.

B) Variation pathogène de l'insulateur, déreglement de l'activité insulatrice. L'enhancer du gène A interagit aussi avec le gène B. Expression protéique normale du gène A et anormalement présente du gène B.
## 4.4 Autres mécanismes modificateurs du phénotype :

### 4.4.1 Mosaïcisme :

Le mosaïcisme post-zygotique peut mimer l'effet d'éléments moléculaires modifiant la pénétrance et l'expressivité d'une maladie cardiaque héréditaire. Il correspond à la pré-sence, simultanée et chez un même individu, d'un contingent de cellules saines et de cellules porteuses d'une variation génétique pathogène acquise peu de temps après la fécondation[208] [cf. figure « mosaïcisme » en annexe]. Une mosaïque plus ou moins importante (cellules avec variation pathogène en grand nombre ou en faible nombre) ou touchant plus ou moins le cœur, peut expliquer une gravité d'atteinte différente dans une même famille (par exemple la situation d'un parent peu symptomatique porteur d'une variation pathogène en mosaïque alors que son enfant est normalement symptomatique car porteur de cette variation mais sans mosaïcisme) ou des transmissions d'apparence sporadique et/ou non-mendélienne (mosaïcisme germinal[209] chez un père non-atteint, transmettant une variation pathogène chez un ou plusieurs de ses enfants[cf. figure « mosaïcisme » en annexe]). C'est pourquoi une analyse de tissus d'origine embryologique différente (classiquement des lymphocytes sanguins, originaires du trophoblaste, et des cellules de la muqueuse jugale, d'origine ontoblastique) est profitable lors du génotypage du cas index et de ses apparentés lorsque les données semblent discordantes par rapport au schéma habituel de transmission.

De multiples cas de mosaïcismes ont été publiés concernant le QT-long[210,211(p2),212,213], le syndrome de Timothy[214] et la CMH.[215]

### 4.4.2 Inactivation de l'X :

L'inactivation de l'X correspond à une inactivation physiologique aléatoire de la majorité[216] des gènes présents sur un des chromosomes X d'une femmeXIX dans chacune de ces cellules somatiques (mosaïcisme physiologique). Dans certains cas elle est dite « biaisée » car l'inactivation se fera préférentiellement sur un des deux chromosome X. Si ce biais touche l'allèle sain d'une pathologie génétique récessives liée à l'X (ne touchant habituellement que les hommes ou les femmes homozygotesXX), il y a un risque symptomatologie chez une femme. Cela peut être vu dans les CMD[217,218] liées aux dystrophinopathies ainsi que dans la

<footnote>XIX Ou individus possédant plus d'un chromosome X (caryotype 47, XXX ou 47, XXY par exemple).</footnote>

<footnote>XX Les individus ne possédant qu'un chromosome X (caryotype 46, XY ou 45, X par exemple).</footnote>
maladie de Fabry[219-223] (maladie métabolique multi-systémique due à des variations patho-gènes du gène GLA<sup>XXI</sup> et entraînant des cardiomyopathies).

Cette situation n'existe pas dans les maladies cardiaques héréditaires « fréquentes » en population générale, qui sont autosomiques.

### 4.4.3 Empreinte génomique :

A notre connaissance, il n'existe pas, dans la littérature, d'exemple parfaitement établi de pathologies cardiaques héréditaires fréquentes en population générale, à pénétrance modifiée du fait d'une empreinte paternelle ou maternelle. En particulier, ce mécanisme a été étudié pour le gène KCNQ1 car il est situé dans une région soumise à empreinte bien connue.

Bien que le gène KCNQ1 soit soumis à empreinte paternelle (expression préférentielle de l'al-lèle d'origine maternelle) en dehors du myocarde, il ne semble pas avoir d'expression diffé-rentielle dans le tissu cardiaque.[224,225] Nous citons cependant ce phénomène car il semblerait pouvoir impacter la création de modèles cellulaires de hiPSC dérivées des cardiomyocytes, et pourrait donc fausser certains résultats expérimentaux in-vitro concernant les études de varia-tions modificatrices de KCNQ1 modulant le phénotype.[226]

<footnote>xxi Code pour la protéine alpha-galactosidase A.</footnote>
# 5 Détermination des modificateurs phénotypiques en cardiologie:

Les méthodes de déterminations et de découverte des modulateurs phénotypiques en génétique humaine et plus précisément en cardiogénétique[227], sont multiples et ont évolué en fonction des techniques (possibilité de séquençage de génome notamment).

## 5.1 Détermination par des cas particuliers (familles / cas-cliniques) :

Comme vu ci-dessus dans le cadre de le CMH [cf. partie 4.2.2] ou de la variation KCNH2 p.(Lys897Thr) [cf. partie 4.1.2.1.2], l'étude de familles à l'histoire clinique particulière peut permettre la découverte des modulateurs géniques, confirmés ensuite par des tests fonctionnels *in vitro* ou sur modèle animal. Ces variations découvertes avec cette méthode sont généralement des variants fréquents dans la population générale à effet intrinsèquement intermédiaires (non-mendélien), mais capables d'importantes modifications du phénotype de maladies cardiaques relativement fréquentes, par l'augmentation de la sévérité et/ou de l'âge d'apparition des symptômes (par exemple la présentation prénatale dans la famille de Crotti *et al*., concernant la SQTL2) [cf. partie 4.1.2.1.2]. Ils sont de ce fait habituellement retrouvés dans des gènes communément séquencés en cardiogénique et présents dans les panels standardisés. Ils nécessitent une bonne expertise de la part du cardiogénéticien afin d'être reconnus mais compliquent le conseil génétique, lorsque leur effet n'est pas complètement caractérisé dans la littérature ou qu'il diffère selon les populations ou d'autres éléments inconnus.

## 5.2 Approche gène candidat :

L'approche gène candidat nécessite une bonne connaissance physiopathologique des interactions protéiques et du fonctionnement cellulaire participant au fonctionnement (et donc au phénotype) cardiaque.

En identifiant certaines voies, il est en effet par exemple possible de déduire l'impact d'une perte de fonction génique (protéine non-fonctionnelle), par épistasie, sur des voies impliquant des mécanismes de pathologiques.
## 5.3 Utilisation de populations soumises à effet fondateur :

Une population soumise à effet fondateur correspond à une diminution de la diversité génétique qui existe dans une population donnée, lorsqu'elle est issue d'un petit groupe d'individus s'étant séparé très anciennement d'une plus large population générale initiale, pour créer une sous-population.[228,229] Les individus descendant d'une population soumise à effet fondateur partagent une ou des « **variations génétiques fondatrices**». Il s'agit de variations génétiques très rares ou inexistantes dans la population générale mais présentes chez de nombreux individus de la sous-population soumise à effet fondateur du fait d'un ancêtre commun porteur. Ce sont des variations de séquence généralement sélectionnées dans la sous-population du fait de leur innocuité ou de leur avantage sélectif[230,230-237], mais pouvant aussi entraîner des pathologies récurrentes, propres à des sous-populations données.[238-241,242(p1),243,244] Ces variations fondatrices permettent donc de distinguer des individus issus d'une même population et de créer des cohortes relativement « homogènes »[^XXII], car descendant d'un même groupe restreint d'individus. Pour l'étude de l'impact d'éléments modificateurs du phénotype, cela permet de diminuer le risque d'interférence du « **contexte génotypique** » (ou « **fond génétique** ») [cf. partie 3] sur le phénotype d'une pathologie car tous les individus sont considérés comme étant membres d'un même groupe populationnel.

Cette approche a par exemple été utilisée pour les variants modificateurs communs de NOS1AP précédemment cités[176] [cf. partie 4.2.1] en utilisant une sous-population Sud-Afri-caine portant la variation génique fondatrice KCNQ1 p.(Ala341Val) (causant un STQL-1 sé-vère et à pénétrance importante), et pour vérifier l'impact des variants modificateurs du 3'UTR de KCNQ1[252] [cf. partie 4.1.2.2.1] (utilisation de KCNQ1 p.(Ala341Val) et de popu-lations finlandaises avec variations fondatrices KCNQ1 p.(Gly589Asp) ; KCNQ1 c.1129-2A > G).

## 5.4 Approche non-biaisée - Étude d'association pangénomique (GWAS) :

Les GWAS ont un intérêt car ce sont des approches non-biaisées permettant d'identifier des loci génomiques précédemment non liés au trait étudié.[253-255] Elles permettent en outre de découvrir de nouveaux mécanismes à la fois génétiques et protéiques de pathogénese.[256,257]

<footnote>[^XXII]: Outre leur utilité évidente en génétique des populations et des migrations anciennes (huminides et hominidées).[245,246,246-251]</footnote>
Elles possèdent cependant certaines limites.[63] Ainsi elles demandent de très grandes
cohortes, le phénotypage rigoureux des patients est indispensable, les causes d'un phénotype
sont aussi à connaître (par exemple des causes environnementales, exigeant un interrogatoire
bien conduit, en vue du recrutement des patients).

Elles visent principalement à détecter des variants communs d'effet faible, jouant un
rôle dans un phénotype donné. Et permettent la mise en place d'un Score de Risque Polygé-
nique (PRS) permettant de prédire le risque d'un phénotype chez un patient en fonction d'un
génotype (concernant les maladies cardiaques héréditaires, il s'agit principalement de la re-
cherche du risque de mort cardiaque subite).[1,68,131]

5.5 Approche non-biaisée - Analyse intégrative génomique et épigénomique :

Les perspectives futures d'études des interactions génétiques modulant les phénotypes
sont multiples. Elles tendent, à opter pour une analyse intégrative, génomique et épigéno-
mique.[131]
# 6 Limitations pour identifier des allèles/gènes modificateurs :

## 6.1 Mise en place de cohortes :

La corrélation génotype-phénotype est complexe à effectuer chez l'humain notamment souvent par une rareté des cas existant, ne permettant pas d'étudier de grandes cohortes. Elle est plus facilement réalisable avec des modèles animaux, qui sont formés à partir de lignées consanguines (entraînant plus « d'homogénéité » génétique entre les individus) et vivant dans des conditions standardisées de laboratoire.

Comme montré précédemment via des exemples, le biais populationnel semble important et peut inverser l'effet d'un élément modificateur sur une pathologie cardiaque héréditaire.

Lors d'une création de cohorte, la sélection de patients s'effectue sur un trait génétique particulier, négligeant aussi probablement souvent le phénotype et génotype global associé.[258]

## 6.2 Phénotypage :

Une bonne méthode de phénotypage est également importante. Elle peut parfois créer iatrogéniquement des **phénocopies** de pathologies. Priori *et al.*, ont notamment montré dans leur étude que les flécaïnides utilisés pour démasquer des syndromes de Brugada pouvaient aussi induire des élévations du segment ST iatrogènes chez les patients avec SQTL-3, ce qui pouvait mener à des erreurs diagnostiques.[259]

## 6.3 Environnement :

Les facteurs non-génétiques sont probablement d'importants modificateurs de la pénétrance et de l'expressivité des maladies génétiques. Pour pallier à ce phénomène, certains auteurs préconisent l'étude comparative de jumeaux monozygotes (même génome et environnement fœtal)[2] et dizygotes (même environnement fœtal mais génome différent) vivant dans le même environnement, ou d'individus issus d'adoption vivant dans une même famille.[260]
# 7 Intérêt dans la pratique actuelle et future :

La connaissance des variations modulatrice en cardiogénétique humaine n'en est plus à ses simples balbutiements, néanmoins il s'agit encore d'un domaine complexe, peu utilisé dans la pratique médicale, où tous les éléments ne sont pas encore déterminés parfaitement selon les pathologies et les populations, et/ou certains résultats demeurent contradictoires. Elle sera néanmoins probablement profitable au versant « personnalisé » de la prise en charge médicale des malades.

Ceci pour différents points que nous allons ici évoquer :

- Son impact clinique concernant la stratification des patients selon le risque évolutif ainsi que le type de prise en charge à effectuer.

- Son utilité dans la population tout-venant, non malade.

- Ses répercussions du point de vue du diagnostic et du rendu biologique effectué par le généticien.

## 7.1 Stratification sur le risque évolutif chez les atteints et pré-symptomatiques :

Outre un risque de morbidité important, les maladies cardiaques héréditaires sont aussi pourvoyeuses de mort subites d'origine cardiaque (MSC)[261], notamment chez l'individu jeune.[262] Les critères de sévérité clinique permettent de prédire, dans une population atteinte, un risque majoré ou non de MSC (par exemple dans le SQTL, le risque étant d'autant plus grand que l'intervalle QT est allongé[86,263]) cependant ils ne sont pas toujours fiables en raison de la variabilité inter-opérateurs lors du phénotypage.

L'argument génétique, demeure donc d'une grande utilité pour la décision du clinicien[261,264-269,269,269], notamment pour dépister des phénocopies[259], et prescrire la prise en charge la plus adaptée au cas par cas. Dans une démarche de diagnostic prénatal, ou l'accès au phénotype n'est pas toujours aisé, un génotypage (en cas de suspicion d'une affection cardiogénétique d'une particulière gravité réputée comme incurable au moment du diagnostic et de souhait d'un dépistage par les parents) prenant en compte les facteurs modificateurs du phénotype pourrait possiblement être utilisable. Toutefois il nécessiterait une connaissance approfondie des modificateurs en cardiogénétique. Avec évidence, son usage devrait aussi être immanquablement discuté du point de vue éthique.
## 7.2 Utilité pour la population générale :

Dans la population générale non-malade, un génotypage des variants modulant les maladies cardiaques héréditaires pourrait être d'une grande importance, afin d'estimer un profil PRS (Polygenic Risk Score) permettant de prédire leur réponse à des agents environnementaux liés aux soins. Plus explicitement, dans le cas du QT-long, il a été, par exemple, démontré que certaines variations n'entraînaient jamais de SQTL chez les individus porteurs, mais possiblement un rallongement du QT au tracé ECG en cas de prise de traitement avec des molécules pro-arythmiantes (par exemple dans *KCNE2*[270] et *SCN5A*[271] ; dans *KCNE1*[177,178]). Il serait imaginable de vérifier le PRS d'un patient donné pour prédire sa réponse aux traitements proarythmiants. Un score prédictif du risque de cardiomyopathie suite à l'exposition de certains traitements oncologiques alkylants, ou chez des individus avec exogénose alcoolique chronique, pourrait aussi être imaginée (dans une optique de médecine de précision).

## 7.3 Impact biologique dans la pratique de dépistage et diagnostic pré-symptomatique en cascade :

Du point de vue du biologiste, l'impact d'une caractérisation des éléments modulateurs du phénotype est majeur et pourrait entraîner un changement des pratiques. Elle nécessiterait une analyse non-plus strictement cantonnées aux gènes connus comme causaux de la pathologie cardiaque génétique recherchée (exprimant les variants pathogènes « princeps ») mais aussi aux gènes et régions modulatrices du génome les concernant.

Dans le cas du diagnostic génétique du cas index, cela s'avèrerait indispensable pour déterminer un suivi adapté (comme expliqué ci-dessus). Mais il s'avèrerait aussi nécessaire pour les membres de la famille lors d'un dépistage génétique pré-symptomatique en cascade. En effet, comme expliqué en amont de ce travail, certains variants classés traditionnellement comme pathogènes sont potentiellement des anomalies génétiques nécessaires mais non-suffisantes pour exprimer un phénotype pathogène cliniquement (puisqu'ils nécessitent la présence d'autres anomalies génétiques pour exprimer la maladie). Si ces autres anomalies modulatrices présentes chez le cas index ne sont pas recherchées, le résultat rendu chez le membre de la famille asymptomatique testé et le diagnostic qui en découlerait pourrait s'avérer faussé (par exemple un membre de la famille qui pourrait être considéré comme atteint mais sans maladie encore déclarée, puisque porteur de la variation familiale considérée comme « pathogène », mais pas du modulateur permettant l'expression ou la pénétrance de la maladie).

Cela implique aussi qu'il faudrait rechercher d'autres variations modulatrices chez les cas symptomatiques familiaux, qui pourraient atténuer ou aggraver le phénotype (passer ou non le seuil de pathogénicité) de la variation familiale pathogène. Ceci serait contraire à la pratique
actuelle qui recommande plutôt un diagnostic familial (pré-symptomatique ou parfois même
symptomatique) via un séquençage restreint au variant familial déterminé comme « causal » de
la maladie.[272]

Le défi serait aussi présent au sujet du « conseil génétique » à apporter au patient et
l'explication de ces résultats, moins évidents à appréhender par le non-spécialiste (absence de
binarité « variant bénin/pathogène », « atteint/non-atteint »). Cela nécessiterait de mettre en
place de nouvelles stratégies d'information au patient et au clinicien lors du rendu de résultat.

7.4 Nouvelles thérapeutiques et médecine personnalisée :

Découverte de voies thérapeutiques nouvelles :

L'intérêt des méthodes de détection non-biaisées (GWAS) est aussi celui de découvrir
de nouvelles voies métaboliques[256,273] (interactions protéiques) ou génomiques (interactions
d'éléments cis ou trans régulateurs ou épigénomiques) encore inconnues et permettant d'expli-
quer la physiopathologie d'une maladie particulière (exemple de NOS1AP, à effet visible en
GWAS mais de rôle physiologique mal compris). Certaines de ces voies sont notamment mé-
connues car elles mettent en place des mécanismes d'interactions à des stades extrêmement
précoces chez les individus et ne sont plus décelables plus tard dans le développement.[274,275]

La découverte de ces nouvelles voies, pourrait amener à l'utilisation de nouvelles
cibles et moyens thérapeutiques. Il pourrait s'agir de traitements issus d'outils pharmacolo-
giques usuels mais également de thérapeutiques innovantes utilisant le génie génétique chez
des individus déjà atteints ou pré-symptomatiques. Ainsi, en induisant des variations dans des
modulateurs atténuant une pathologie donnée, ou en supprimant des variations dans des mo-
dulateurs aggravant cette même pathologie , il pourrait être théoriquement possible d'abaisser
le phénotype sous un seuil « acceptable » du point de vue clinique (en diminuant le risque de
mort subite dans en cas de canalopathies par exemple).[74,276]

Les modificateurs génétiques ont, la plupart du temps, un impact limité à la fonction d'un seul
gène cible, ou une famille de gènes cibles, impliqués dans le phénotype pathologique (voire à
une variation singulière dans ce gène cible). Cette grande spécificité en ferait une thérapeu-
tique de choix, en raison d'une limitation d'impact global et donc d'effets secondaires, que
cela soit en engendrant une diminution de la pénétrance de la pathologie, de sa dominance, ou
d'un affaiblissement volontaire de son expressivité (et donc de sa sévérité), ou une limitation
de sa pléiotropie.
En imaginant ces différents concepts réalisables en cardiogénétique, il y aurait donc un intérêt **théranostique** majeur au génotypage des modulateurs génétiques dans les maladies cardiaques héréditaires. Et ceci pour chaque membre de la famille individuellement (**médecine personnalisée**).

La preuve d'efficacité d'un tel concept a déjà été décrite *in vitro* de nombreuses fois (moyen de déterminer de la véracité d'un modulateur en particulier sur le phénotype d'un cardiomyocyte), mais également chez l'humain. A titre d'illustration, une édition génique *in vivo*, à visée thérapeutique, a récemment été mise en place chez des patients atteints de drépanocytose par l'édition génique de la séquence d'un enhancer [cf. partie 4.3] et permettant d'atténuer le phénotype des malades.[277,278]

Avant une mise en place effective de ce type de stratégie thérapeutique pour les maladies cardiaques d'origine génétique, il reste évidemment à en considérer l'aspect éthique, sa faisabilité technique, son potentiel impact néfaste à long terme chez le patient, ainsi que sa pertinence dans le cas de maladies déjà prises en charge efficacement par nos moyens actuels.

## Utilisation d'ARN non-codants :

Certains mécanismes de modifications phénotypiques liée aux ARN non-codants pourraient aussi être mis à profit pour traiter des maladies cardiaques héréditaires.[279] Ainsi le mécanisme de répression allélique via des miARN parait séduisant. En effet, un procédé thérapeutique utilisant les miARN a pu être démontré sur des modèles murins avec une CMH liée à *MYH6*[280] (pathologie habituellement classée comme autosomique dominante). La création d'un miARN artificiel spécifique du 3'UTR de l'allèle porteur de la variation pathogène, inoculé à des souris, a permis d'en réprimer l'expression et de guérir provisoirement les individus avec CMH en cas de traitement précoce (l'effet s'estompant toutefois bout de 11 mois).

La transposition chez l'être humain est là aussi pleine d'incertitude à la fois éthiques et techniques[281], mais reste à considérer. D'autres éléments non-codants régulant le génome seraient également possiblement utilisables.[282]
# 8 Conclusion

Nous avons donc vu, au travers d'explications et d'exemples concrets, l'importance, la pluralité, et la probable omniprésence des mécanismes moléculaires modulateurs en cardiogénétique humaine.

Ces différents concepts remettent en perspective la vision mendélienne classique, bi nature, de la relation génotype/phénotype en cardiogénétique (variant pathogène et bénin ; ma ladie récessive et dominante ; à un gène est associé une pathologie ; ...), et également l'im portance de certaines analyses génétiques.

La complexité des mécanismes mis en jeu forme un véritable réseau d'interaction gé nomique global. Le concept de modificateurs génétique est anciennement connu mais encore peu utilisé en pratique dans la génétique médicale, à la fois en termes de diagnostic génétique mais aussi de stratification des risques, et pourrait remettre en question à l'avenir nos pra tiques actuelles. Ces données montrent aussi l'importance d'un phénotypage clinique précis et exhaustif.

Ces notions sont d'autant plus importantes à comprendre à l'avenir pour préciser le risque concernant les apparentés. En effet, les patients considérés cas index et donc sympto matiques ont probablement un génome rendant pénétrante les variations pathogènes identi fiées chez eux. Pour les apparentés, a plus forte raison s'ils sont asymptomatiques, la situation devient plus compliquée. Si l'absence du variant pathogène rend improbable le développe ment de la pathologie associée chez l'apparenté sain, sa présence ne suffit probablement pas au développement de cette pathologie. Les facteurs génétiques rendant pénétrant le variant pa thogène pouvant être « dilués » au cours des méioses successives, diminuant ainsi le risque d'atteinte clinique. Les futures études sur ces facteurs modificateurs permettront d'affiner ce risque et ainsi adapter le suivi et la prise en charge, en allant vers une médecine génomique personnalisée.

Finalement, les données génétiques s'interprètent nécessairement en confrontation aux données cliniques. Lorsque les différents mécanismes inhérents aux modificateurs génétiques seront mieux circonscrits et permettront, probablement, une plus précise prévision des phéno types cardiaques à partir des génotypes, il conviendra de continuer à veiller à une bonne colla boration clinico-biologique pour le diagnostic et la stratification des patients.
# Annexes :

## Code génétique :

<table><thead><tr><th colspan="5">2<sup>e</sup> nucléotide du codon</th></tr><tr><th></th><th>T</th><th>C</th><th>A</th><th>G</th></tr></thead><tbody><tr><th rowspan="4" scope="rowgroup">1<sup>er</sup> nucléotide du codon</th><th scope="row">T</th><td>Phe</td><td>Ser</td><td>Tyr</td><td>Cys</td></tr><tr><th scope="row">T</th><td>Phe</td><td>Ser</td><td>Tyr</td><td>Cys</td></tr><tr><th scope="row">T</th><td>Leu</td><td>Ser</td><td>STOP</td><td>STOP</td></tr><tr><th scope="row">T</th><td>Leu</td><td>Ser</td><td>STOP</td><td>Trp</td></tr><tr><th rowspan="4" scope="rowgroup">C</th><th scope="row">C</th><td>Leu</td><td>Pro</td><td>His</td><td>Arg</td></tr><tr><th scope="row">C</th><td>Leu</td><td>Pro</td><td>His</td><td>Arg</td></tr><tr><th scope="row">C</th><td>Leu</td><td>Pro</td><td>Gln</td><td>Arg</td></tr><tr><th scope="row">C</th><td>Leu</td><td>Pro</td><td>Gln</td><td>Arg</td></tr><tr><th rowspan="4" scope="rowgroup">A</th><th scope="row">A</th><td>Ile</td><td>Thr</td><td>Asn</td><td>Ser</td></tr><tr><th scope="row">A</th><td>Ile</td><td>Thr</td><td>Asn</td><td>Ser</td></tr><tr><th scope="row">A</th><td>Ile</td><td>Thr</td><td>Lys</td><td>Arg</td></tr><tr><th scope="row">A</th><td>Met</td><td>Thr</td><td>Lys</td><td>Arg</td></tr><tr><th rowspan="4" scope="rowgroup">G</th><th scope="row">G</th><td>Val</td><td>Ala</td><td>Asp</td><td>Gly</td></tr><tr><th scope="row">G</th><td>Val</td><td>Ala</td><td>Asp</td><td>Gly</td></tr><tr><th scope="row">G</th><td>Val</td><td>Ala</td><td>Glu</td><td>Gly</td></tr><tr><th scope="row">G</th><td>Val</td><td>Ala</td><td>Glu</td><td>Gly</td></tr></tbody></table>
Nomenclature des acides-aminés :

<table><thead><tr><th>Nom</th><th>Code à 3 lettres</th><th>Code à 1 lettre</th><th>Nom</th><th>Code à 3 lettres</th><th>Code à 1 lettre</th></tr></thead><tbody><tr><td>Alanine</td><td>Ala</td><td>A</td><td>Leucine</td><td>Leu</td><td>L</td></tr><tr><td>Arginine</td><td>Arg</td><td>R</td><td>Lysine</td><td>Lys</td><td>K</td></tr><tr><td>Asparagine</td><td>Asn</td><td>N</td><td>Méthionine</td><td>Met</td><td>M</td></tr><tr><td>Acide aspartique</td><td>Asp</td><td>D</td><td>Phénylalanine</td><td>Phe</td><td>F</td></tr><tr><td>Acide Glutamique</td><td>Glu</td><td>E</td><td>Proline</td><td>Pro</td><td>P</td></tr><tr><td>Cystéine</td><td>Cys</td><td>C</td><td>Sérine</td><td>Ser</td><td>S</td></tr><tr><td>Glutamine</td><td>Gln</td><td>Q</td><td>Thréonine</td><td>Thr</td><td>T</td></tr><tr><td>Glycine</td><td>Gly</td><td>G</td><td>Tryptophane</td><td>Trp</td><td>W</td></tr><tr><td>Histidine</td><td>His</td><td>H</td><td>Tyrosine</td><td>Tyr</td><td>Y</td></tr><tr><td>Isoleucine</td><td>Ile</td><td>I</td><td>Valine</td><td>Val</td><td>V</td></tr></tbody></table>
## Mosaïcisme :

<figure><img src="image_21.png" /></figure>

(Carrés : individus de sexe masculin ; Ronds : individus de sexe féminin)

A) **Genèse d'un mosaïcisme** (d'après Human Molecular Genetics 5th edition, Strachan T., Read A.[²⁸³]): Modification (variation pathogène par exemple) génétique lors des mitoses post-fertilisation, développement de lignées cellulaires porteuses de cette modification (cellules rouges) pathogène et de lignées non-porteuses (cellules bleues) chez le même individu.

B) **Arbre génétique typique d'un mosaïcisme germinal** :

Patient I.1 non-malade (bleu clair) avec mosaïque confinée aux gamètes.

Patients II.2 et II.3 atteint (bleu foncé) de la même pathologie (conception via un spermatozoïde porteur de variation pathogène). Patiente II.1 de phénotype non-malade (conception via un spermatozoïde non-porteur de la variation pathogène).

Patient III.3 : transmission autosomique dominante de la pathologie de II.3.
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# Bases moléculaires de la pénétrance incomplète et de l'expressivité variable des maladies génétiques cardiaques :
revue de la littérature

**Introduction** : Les maladies cardiaques héréditaires (troubles du rythme, de la conduction, cardiomyopathies) sont sujettes à une hérédité Multifactorielle.

L'objectif de ce travail est de résumer les connaissances actuelles sur les facteurs génétiques modificateurs dans les maladies cardiaques héréditaires.

**Modificateurs au locus** : Les variations du phénotype peuvent s'expliquer par la variabilité allélique ; des éléments modificateurs au locus en *trans* ou en *cis*, codants (variation exonique) ou non-codants (3'UTR, 5'UTR, ou intronique).

**Modificateurs hors-locus** : De multiples gènes différents peuvent participer à la modulation du phénotype d'une maladie cardiaque héréditaire (par accumulation). Plusieurs maladies génétiques peuvent être présentes simultanément chez le même individu (phénotypes chevauchants).

Des éléments non-codants tels que des enhancers, promoteurs ou des ARN non-codants peuvent également jouer un rôle dans la déclaration et la modification phénotypique d'une pathologie cardiogénétique.

Certains cas particuliers ont aussi un impact sur l'expression et la pénétrance de ces maladies (mosaïcisme, transmission liée à l'X).

**Détermination** : Les modificateurs sont déterminés grâce à l'étude de cas familiaux particuliers, à des approches gènes-candidats, à des populations soumises à effet fondateur, ou des études d'association pangénomique.

**Conclusion** : La connaissance approfondie de ces mécanismes est complexe et nécessite une collaboration clinico-biologique, mais pourrait permettre une meilleure stratification du risque et une possible mise en place de thérapeutiques innovantes, ciblées et personnalisées.

**Mots-clés** : Syndrome de Brugada, cardiogénétique, cardiomyopathie, expressivité, modificateurs génétiques, GWAS, syndrome du QT long, pénétrance.

**Introduction:** Inherited cardiac diseases (rhythm and conduction disorders, cardiomyopathies) are subject to multifactorial inheritance. The aim of this work is to summarize the current knowledge of the modifying genetic factors in inherited heart diseases.

**Modifier at the locus:** Variations in phenotype can be explained by allelic variability; modulating elements at the locus in *trans* or *cis*, coding (exonic variation) or non-coding (3'UTR, 5'UTR, or intronic) elements.

**Off-locus modifiers:** Multiple genes may participate in modulating the phenotype of an inherited heart disease (accumulation). Several genetic diseases may be present simultaneously in the same individual (overlapping phenotypes).

Non-coding elements such as enhancers, promoters, or non-coding RNAs may also play a role as causative agents and phenotypic modifiers of cardiogenetic diseases.

Some other situations also have an impact on the expression and penetrance of these diseases (mosaicism, X-linked transmission).

**Determination:** Modifiers are determined through the study of specific family cases, gene-candidate approaches, founder effect populations, or genome-wide association studies.

**Conclusion:** The in-depth knowledge of these mechanisms is complex and requires a clinical-biological collaboration, but could allow a better risk stratification and a possible implementation of innovative, targeted, and personalized therapies.

**Key-words:** Brugada Syndrome, cardiogenetics, cardiomyopathy, expressivity, genetic modifiers, GWAS, long-QT Syndrome, penetrance