NICOLAS DUPRÉ

ÉTUDE CLINIQUE ET GÉNÉTIQUE DE L’ATAXIE

RÉCESSIVE DE LA BEAUCE

Mémoire présenté

à la Faculté des études supérieures de l’Université Laval

dans le cadre du programme de Maîtrise en Épidémiologie

pour l’obtention du grade de Maître ès Sciences (M.Sc.)

DÉPARTEMENT DE MÉDECINE SOCIALE ET PRÉVENTIVE

FACULTÉ DE MÉDECINE

UNIVERSITÉ LAVAL

QUÉBEC

2008

©Nicolas Dupré, 2008

II

Résumé

Un échantillon de 64 patients répertoriés au sein de 30 familles d’origine Canadienne-

Française montrant des caractéristiques cliniques très semblables et provenant de la même

région du Québec a été évalué de façon détaillée. Une histoire clinique standardisée, un

examen neurologique ciblé, une imagerie cérébrale, des conductions nerveuses

périphériques, et une analyse du gène SYNE1 ont été réalisés sur tous les patients

disponibles. En se basant sur l’échantillon répertorié, l’Ataxie Récessive de la Beauce est

un syndrome cérébelleux dégénératif caractérisé par un âge de début dans la trentaine, une

évolution lente, un degré de handicap modéré, une dysarthrie significative, de légers signes

oculomoteurs, parfois des réflexes vifs aux membres inférieurs, des conductions nerveuses

périphériques normales et une atrophie cérébelleuse diffuse à l’imagerie. Dans notre

échantillon, nous avons identifié 7 mutations, démontrant ainsi l’hétérogénéité génétique.

Les patients présentant des mutations différentes ne présentaient pas d’atteintes cliniques

permettent de les différencier. Il est probable que cette nouvelle maladie devienne une

cause fréquente, à travers le monde, d’ataxie héréditaire débutant à un âge moyen.

III

Summary

We ascertained 64 probands and affected members of 30 French-Canadian families all

showing similar clinical features and originating from the same region of Quebec. After

informed consent, we performed detailed clinical history, neurological examination, brain

imaging, nerve conduction studies, and SYNE1 mutation detection of all available subjects.

Based on the cases examined, Autosomal Recessive Cerebellar Ataxia Type 1 is a

cerebellar syndrome characterized by: recessive transmission; middle-age onset (mean

31.60 years, range 17-46); slow progression and moderate disability; significant dysarthria;

mild oculomotor abnormalities; occasional brisk reflexes in the lower extremities; normal

nerve conduction studies and diffuse cerebellar atrophy on imaging. We identified a total

of 7 mutations in our population, thereby providing evidence of genotypic heterogeneity.

Patients with different mutations did not show significant phenotypic heterogeneity. We

expect that this disease will be a common cause of middle-age onset recessive ataxia

worldwide.

IV

Avant-Propos

Le présent mémoire est le fruit d’une collaboration étroite entre des neurologues,

généticiens et épidémiologistes. L’auteur de ce mémoire est également le premier auteur de

l’article inséré dans le mémoire et publié dans la revue Annals of Neurology (2006; 62: 93-

98), dont la version n’a été que peu modifiée par l’insertion d’une figure supplémentaire.

Le Docteur Nicolas Dupré a mené le projet sous la supervision des Docteurs Jean-Pierre

Bouchard et René Verreault, avec un financement accordé au Docteur Guy A. Rouleau.

Les analyses génétiques ont été réalisées par le Docteur François Gros-Louis en majeure

partie, avec la contribution de Danielle de Verteuil. Le projet a nécessité l’implication de

cliniciens neurologues ayant contribué à l’évaluation des patients, soit les Docteurs Steve

Verreault, Denis Brunet, et Bernard Brais.

V

Table des matières

Résumé……………………………………………………………………………………...II Summary……………………………………………………………………………..…….III Avant propos………………………………………………………...……………………..IV Liste des figures et tableaux…………………...…………………………………..……….VI Introduction………………………………………………………………...………………..7 Article………………………………………………………………………………………20 Conclusion………………………………………………………………………………….35 Bibliographie……………………………………………………………………………….37

VI

Liste des figures et tableaux

Figure 1 Âge de début par décade……………………………………………………26 Figure 2 Imagerie par résonance magnétique cérébrale d’un patient

atteint de l’Ataxie Récessive de la Beauce…………………………………27 Figure 3 Mutations identifiées dans le gène SYNE1………………………………...30 Figure 4 Répartition des génotypes dans la population étudiée……………………...31 Tableau 1 Évaluation clinique des patients atteints de l’ARB……………………...…25 Tableau 2 Mutations connues causant l’ARB…………………………………………29

7

Introduction

Les dernières décennies ont été marquées par l'arrivée de meilleurs outils cliniques et

moléculaires qui ont révolutionné la classification de nombreuses maladies. La population

de l’est du Canada, compte tenu de son héritage génétique particulier, a contribué à

certaines de ces avancées scientifiques en permettant l’identification de maladies

considérées comme rares dans d'autres régions du monde. Sa plus grande homogénéité

génétique a permis la description fine de présentations cliniques ainsi que de mettre en

lumière des variations phénotypiques. Dans l’introduction, nous présentons une synthèse

des diverses ataxies, neuropathies et paraparésies spastiques héréditaires qui ont été décrites

dans l’est du Canada (1).

Les ataxies héréditaires

Ataxie avec apraxie oculomotrice de type 2 (AAO-2, AOA-2, MIM 606002)

L’ AAO-2 est une maladie autosomique récessive avec une pénétrance dépendante de l’âge,

et débutant entre 10 et 25 ans. Elle est caractérisée principalement par une atrophie

cérébelleuse, une neuropathie axonale sensitivomotrice, une apraxie oculomotrice, et une

alpha-foetoprotéine sérique élevée (2). Le symptôme initial est une démarche ataxique

chez la majorité des patients, qui peut être précédée chez quelques patients par un

strabisme, une dystonie ou un tremblement d’attitude. La maladie progresse lentement :

une minorité de patients se retrouvent en fauteuil roulant après 10 ans d’évolution, alors

que d'autres restent ambulatoires plus de 20 ans après le début des symptômes. La

démarche ataxique est présente chez tous les patients au cours de la maladie, alors que

d'autres caractéristiques peuvent également se développer comme des postures dystoniques

des mains, des mouvements choréiques, et d’un tremblement d’attitude, des membres ou de

la tête (3). Quelques patients peuvent avoir un signe de Babinski ou des perturbations

sphinctériennes. Des signes cliniques de neuropathie (abolition ou diminution des réflexes

tendineux, déficits sensitif ou moteur) sont retrouvés chez la majorité des patients. Les

fonctions cognitives peuvent être modérément altérées. L'apraxie oculomotrice,

8

caractérisée par une dissociation des mouvements conjugués de la tête et des yeux, est

présente chez la plupart des patients. En outre, une poursuite saccadée, un nystagmus dans

le regard fixe, et une abduction limitée sont habituellement présents (3). Les résultats

d’imagerie par résonance magnétique (IRM) montrent invariablement une atrophie

cérébelleuse. Les études de conduction nerveuse périphérique montrent des amplitudes

diminuées compatibles avec une neuropathie axonale sensitivomotrice (3).

Chez les Canadiens français, la description initiale de l’AAO-2 repose sur une famille de 20

enfants dont 7 étaient atteints, la mère provenant de la région de Québec et le père étant

d’origine acadienne (4). Plus tard, cette famille a été étudiée avec 10 autres familles

d'ascendance canadienne-française, pour un total de 17 patients atteints (5). Tous les

patients présentaient un phénotype assez homogène, avec une ataxie commençant entre 8 et

16 ans, accompagnée d'une polyneuropathie sensitivomotrice sévère. L'apraxie

oculomotrice n’était jamais présente, excepté chez quelques patients plus âgés. L'alpha-

foetoprotéine était invariablement élevée, et l’IRM cérébrale montrait toujours une atrophie

ponto-cérébélleuse significative. Chez 13 des 18 porteurs de ces familles canadiennes-

françaises, un haplotype commun a été trouvé en utilisant des marqueurs sur le

chromosome 9q34. L’AAO-2 a également été décrite dans d'autres régions du globe,

comme l'Algérie, le Vietnam, la France, le Portugal, l’Espagne, le Cap Vert, la Turquie, le

Japon, le Pakistan, la Tunisie et le Royaume-Uni (6), (2). Des mutations dans le gène qui

code pour la protéine senataxine causent l’ AAO-2 (2). La fonction de la senataxine est

peu connue, mais on pense que celle-ci aurait une activité ARN et ADN hélicase, et

pourrait ainsi agir dans la voie de réparation de l'ADN. Des mutations dans le gène causant

l’AAO-2 sont également impliquées dans la sclérose latérale amyotrophique de type 4

(MIM 602433) (7), mais cette variante n’a jamais été décrite chez les Canadiens français.

Ataxie de Friedreich (AF ; MIM 229300)

L'ataxie progressive est le symptôme principal de cette maladie, qui commence

habituellement autour de la puberté par un trouble de la marche. Selon Harding (8), les

caractéristiques essentielles sont (1) une transmission autosomique récessive, (2) un début

avant 25 ans, (3) une ataxie progressive des membres et de la démarche, (4) une aréflexie

9

des membres inférieures, (5) des signes électrophysiologiques de neuropathie axonale

sensitive suivie (dans un délai de 5 ans après le début), (6) une dysarthrie, (7) une aréflexie

aux quatre membres, (8) une perte de proprioception et du sens de la vibration, (9) une

réponse cutanée plantaire en extension, et (10) une faiblesse de type pyramidale aux

membres inférieurs. Les autres caractéristiques cliniques incluent une cardiomyopathie, une

scoliose, un diabète, et une surdité. L’IRM révèle une atrophie de la moelle épinière, avec

un tronc cérébral et un cervelet intacts (9).

L’AF est l'ataxie héréditaire la plus fréquente internationalement, avec une prévalence

estimée chez les Caucasiens de 1/29000-1/50000 (9). Bouchard et Barbeau ont décrit un

groupe de 8 familles étroitement liées, avec la forme typique d’AF, dans la région de

Rimouski (Québec) (10). Plus tard, ils ont étudié la généalogie complète de 14 familles

dispersées à travers le Québec, y compris les 8 de la région de Rimouski (11). Le couple

fondateur, qui a vraisemblablement introduit la copie anormale du gène de l’AF au Québec

est arrivé en Nouvelle-France vers 1634 du Perche (France) (11). L’homme possédait une

concession de terre à Beauport, près de la ville de Québec, et n'était ainsi pas d’ascendance

acadienne. L’AF a été également étudiée chez les Acadiens des provinces maritimes et les «

Cajuns » de la Louisiane (12). On avait pensé à l’origine que ces cas pouvaient représenter

une entité différente de l’AF, puisqu'ils différaient des cas classiques principalement quant

à la vitesse de progression de la maladie et à l'incidence limitée de certains des signes

cardinaux. Un total de 14 patients avec l’AF acadiens du Nouveau Brunswick et 28

patients « Cajuns » de Louisiane d’origine acadienne ont été examinés par Barbeau (12).

L’AF chez les patients d’origine acadienne ou « Cajun » était assez uniforme cliniquement,

et présentait une espérance de vie plus élevée et une cardiomyopathie moins fréquente que

chez les patients originaires du Québec. Les études d’haplotypes ont confirmé que les

variantes acadienne et « Cajun » étaient bien liées au locus de l’AF sur le chromosome 9

(13),(14). Les patients acadiens et « Cajuns » partagent le même haplotype principal, bien

que cet haplotype soit rare tant au sein de la population caucasienne atteinte de l’AF que

chez les patients du Québec qui ne sont pas d’ascendance acadienne (15),(16).

10

Le locus de l’AF a été situé (17) au début sur le chromosome 9q13-q21.1, et le screening de

patients pour une mutation dans le gène X25 a mené à l'identification d'une répétition trop

élevée de trinucléotides (GAA) au sein de son premier intron (18). Le gène X25 comprend

sept exons et code pour une protéine appelée frataxine. Cette protéine est exprimée à un

niveau élevé dans la moelle épinière, et à un niveau plus bas dans le cervelet et le cortex

cérébral (18). Dans de grandes études de patients caucasiens atteints de l’AF, il y a une

forte corrélation entre la taille de l'allèle (GAA), l'âge du début ainsi que la progression de

la maladie (19). Dans l’AF acadienne, cependant, il semble y avoir peu de corrélation entre

la taille de l’expansion et la sévérité clinique (20). La pathophysiologie de l’AF a été

intensivement passée en revue ailleurs (9), (21).

Ataxie récessive spastique avec leucodystrophie (ARSAL, Ataxie récessive de

Portneuf).

L’ARSAL se caractérise principalement par la présence d’une ataxie spastique progressive

dont l’âge de diagnostic et le phénotype sont extrêmement variables. L’âge de début moyen

est de 15 années (intervalle de 2-59 ans) (22). La majorité des cas présente des urgences

mictionnelles (57%), une dysarthrie (74%), une dystonie (57%), un nystagmus horizontal

léger (44%), une scoliose (35%), et un retard mental léger (44%). Par ailleurs, on ne

retrouve pas de polyneuropathie. L’imagerie par résonance magnétique révèle une atrophie

cérébelleuse diffuse chez tous les sujets atteints (100%), une atrophie cérébrale légère à

modérée dans 42.9% des cas et la présence de leucodystrophie chez plus de 52% des

patients. La localisation de ces changements est majoritairement périventriculaire ou juxta-

corticale. Aucune corrélation n’a pu être établie entre la présence de leucodystrophie et

l’âge du diagnostic ou le déclin cognitif (22).

Un total de 23 patients qui présentaient des signes cliniques de l’ARSAL provenant de 17

familles canadiennes-françaises ont été recrutés. Plus de 59% avaient une généalogie

connue pour la région de Portneuf (Québec). Une étude génomique complète a été réalisée

avec 500 marqueurs microsatellites à des intervalles approximatifs de 7cM (22). L’analyse

en multipoint LOD a permis de cibler le locus de l’ARSAL avec un LOD de 2.08 pour le

marqueur microsatellite D2S2321. Le génotypage fin de la cohorte a permis de réduire la

11

région candidate de l’ARSAL à environ 0.9 cM (1.25Mb) sur le chromosome 2q33-34 entre

les marqueurs D2S2321 etD2S2274 (LOD score de 5.95). L’analyse des haplotypes chez

tous les patients ARSAL suggère qu’une mutation fondatrice au sein de la population

étudiée soit partagée par plus de 97% des chromosomes porteurs. L’intervalle candidat de

l’ARSAL selon la base de donnée UCSC (version de mars 2006) contient plus de 34 gènes

prédits (22). À ce jour, plus de la moitié des gènes candidats ont été séquencés et aucune

mutation n’a été découverte. Des analyses sont actuellement effectuées afin d’identifier les

mutations causales dans les autres gènes candidats intéressant cet intervalle.

Ataxie sensitive autosomique dominante (ASAD, ADSA)

L'âge typique du début des symptômes survient en général dans la troisième ou quatrième

décennie (entre 28 et 55 ans), et la maladie ne semble pas affecter l’espérance de vie (23).

Il n'y a aucun signe d'anticipation génétique. Le mode de transmission est autosomique

dominant avec une pénétrance dépendante de l’âge. La plupart des patients éprouvent au

commencement des difficultés à la marche, et certains rapportent également une l'instabilité

qui tend à augmenter à l'obscurité. Les réflexes ostéotendineux sont habituellement

diminués dans les membres supérieurs et sont abolis dans les membres inférieurs. Quelques

sujets atteints ont des réponses plantaires en extension et une faiblesse au niveau des

membres inférieurs. La sensibilité dans toutes ses modalités (tact, douleur, température,

proprioception, et vibration) est invariablement diminuée. Il n'y a jamais d’ulcérations

significatives aux pieds. Les dysfonctionnements du système nerveux autonome, tels que

des troubles sphinctériens ou une hypotension orthostatique, ne sont pas présents. Il n'y a

aucun signe d’atteinte cérébelleuse. L’imagerie par résonance magnétique cérébrale et

spinale est normale. Les études de conduction nerveuse périphérique demeurent dans les

limites de la normale, et ce même à un stade avancé de la maladie. Les potentiels

somatosensitifs, cependant, sont ralentis ou absents dans les membres.

La première famille décrite est d'origine Anglo-Saxonne et comprend 10 membres vivants

atteints (23). Une deuxième famille comprenant 9 membres atteints a été publiée

récemment (24). Ces deux familles sont originaires de Moncton (Nouveau Brunswick,

Canada) et portent le même haplotype, ce qui confirme leur ascendance commune. Le gène

12

responsable de cette condition n'a pas été encore caractérisé, mais le locus SNAX1 a été

défini sur un intervalle chromosomique de 9.1 cM sur le chromosome 8p12-8q12.1. Un

certain nombre de gènes candidats intéressant cet intervalle sont actuellement examinés.

Cette maladie neurodégénérative est caractérisée par une ataxie proprioceptive avec

également une atteinte des voies pyramidales. Aucune autopsie n'a encore été effectuée.

L’ASAD partage certaines caractéristiques cliniques avec les neuropathies héréditaires.

Cependant, à la différence de ces dernières, les études de conduction nerveuse sont

normales dans l’ASAD. Cette caractéristique oriente plutôt vers une atteinte prédominante

des fibres nerveuse sensitives pré-ganglionnaires (cordons postérieurs).

Ataxie spastique héréditaire autosomique dominante de type 1 (ASHAD-1 ; SAX 1 ;

MIM 108600)

L’âge typique du début est dans les deux premières décennies, et la maladie ne semble pas

affecter l’espérance de vie de manière significative. Le mode de transmission est

autosomique dominant avec une pénétrance dépendante de l’âge. La plupart des patients se

présentent au début avec une spasticité des membres inférieurs, une maladresse des mains,

et des secousses involontaires de la tête (25). Dans la trentaine, la spasticité progresse aux

membres inférieurs, et de nouveaux symptômes apparaissent tels qu’une dysarthrie, une

dysphagie, des anomalies oculomotrices (saccades lentes, regard vertical altéré, rétraction

palpébrale), et une dystonie. Aucun des patients ne montre d’amyotrophie. L’imagerie

cérébrale ou les données électrophysiologiques sont normales.

Trois familles ont été rapportées à ce jour, toutes dans une région rurale isolée de la

province de Terre-Neuve. Dans cette région, l’ASHAD-1 contribue de façon

disproportionnée au fardeau des maladies neurodégénératives de l'adulte. Au sein de ces

trois familles anglo-saxonnes, 38 individus atteints ont été identifiés et évalués.

L’ASHAD-1 a été décrite également en Iran (26) et aux États-Unis (la Virginie) (27), sans

confirmation génétique toutefois. Le gène causant l’ASHAD-1 a été localisé au

chromosome 12p13 (25). La recherche des haplotypes au moyen de 13 marqueurs

polymorphiques a indiqué que chacune des trois familles de Terre-Neuve partage un

haplotype commun avec des régions recombinantes réduisant l’ensemble à un intervalle de

13

5 cM. Les données neuropathologiques disponibles montrent de la dégénérescence des

régions cortico-spinales et des cordons postérieurs (25).

Ataxie récessive spastique du Charlevoix-Saguenay (ARSCS ; ARSACS ; MIM

270550)

Tôt lorsqu’ils commencent à marcher (12-18 mois), les patients atteints de l’ ARSCS

montrent des signes de spasticité des membres inférieurs (28). Les parents mentionnent

que leurs enfants présentent un trouble de l’équilibre et une tendance à faire des chutes

(28). Le parole peut être légèrement dysarthrique dans l'enfance, et devient explosive vers

l'âge adulte. Les signes neurologiques précoces incluent un signe de Babinski, une

perturbation de la poursuite oculaire, et la présence de fibres myélinisées rayonnant à partir

du disque optique au fond d’œil. Bien qu'ils aient un développement moteur perturbé, les

enfants atteints de l’ ARSCS ne présentent aucun déficit intellectuel (29). La maladie

s’aggrave à l'adolescence et vers 20 ans, avec une augmentation progressive du tonus

musculaire et des réflexes ostéotendineux. Une amyotrophie distale est alors

habituellement observée (28). Le confinement au fauteuil apparaît à un âge moyen de

41ans (17-57 ans). L’âge moyen de décès est de 51 ans (30). Les études de conduction

nerveuse périphériques démontrent des signes de démyélinisation précoce et de neuropathie

axonale progressive, ces derniers confirmés par la biopsie de nerf (31). L'atrophie du

vermis cérébelleux supérieur est toujours présente à l’imagerie par résonance magnétique

(IRM), même chez les plus jeunes patients. La moelle épinière est atrophiée de manière

diffuse.

Avec plus de 300 individus atteints, l’ ARSCS est la plus fréquents de toutes les ataxies

héréditaires du Québec. La plupart des familles proviennent des régions de Charlevoix et

du Saguenay-Lac-Saint-Jean. Pour la période 1941-1985, la fréquence des porteurs fut

estimée à 1/22 dans la région de Saguenay-Lac-Saint-Jean (32). L’ ARSCS a été également

décrite dans d'autres pays, tels le Japon (33), la Turquie (34), la Tunisie (35), l’Espagne

(36), (37), et l’Italie (38). Le gène de l’ARSACS a été localisé à un intervalle de 0.42 cM

sur le chromosome 13q12 (39) avec un haplotype prépondérant chez la plupart des cas

canadien-français, confirmant de ce fait l'existence d'un effet fondateur. Des mutations

14

dans le gène SACS (40), qui codent pour la sacsine, sont responsables de l’ ARSCS. On

connaît peu de choses sur la fonction de SACS, qui code pour une gigantesque protéine de

4579 acides aminés et est exprimé dans une grande variété de tissus incluant le système

nerveux central. La présence d’un domaine DNAJ (heat-shock) dans la sacsine suggère

une fonction chaperonne à cette protéine (40). Le domaine de liaison HEPN suggère un

rôle dans la liaison à l’ATP et à l’ADN. Deux mutations dans le gène ARSCS ont été

découvertes chez les Canadiens-Français : la 6594delT explique environ 92% et la

5254C_T environ 4% des cas. Il est intéressant de noter que depuis la découverte des

deux premières mutations responsables de cette ataxie au SLSJ, plusieurs autres mutations

ont été identifiées à l’étranger.

Les paraparésies spastiques héréditaires et les ataxies spastiques

Paraparésie spastique autosomique dominante de type 4 (SPG-4, FSP2 ; MIM

182601)

L'âge de début de paraparésie spastique autosomique dominante de type 4 est très variable,

s'étendant de l'enfance jusqu’à l’âge adulte avancé, et la maladie ne semble pas affecter

l’espérance de vie (41). Le mode de transmission est autosomique dominant. Les patients

peuvent se présenter soit avec le phénotype non compliqué ou avec le phénotype

compliqué. Dans le phénotype non compliqué, les symptômes seront limités à une

paraparésie spastique progressive avec des degrés variables de sévérité, quelques patients

pouvant être en mesure de marcher de manière autonome jusqu'à un stade avancé dans la

maladie, tandis que d’autres se retrouveront tôt en fauteuil roulant (41). Dans la forme

compliquée, la paraparésie spastique peut être associée à une vessie neurogène, à de

l'incontinence fécale, à des anomalies cognitives, à des crises d’épilepsie, ou encore à une

neuropathie périphérique (41). La résonance magnétique cérébrale et spinale est

invariablement normale. Les conductions nerveuses périphériques peuvent être anormales

dans la forme compliquée.

Un total de 8 familles canadienne-françaises avec cette maladie ont été rapportées au

Québec (41). La maladie a été décrite également dans d'autres régions du monde, dont en

15

France (42), en Hollande (42), en Angleterre (origine Galloise) (43), en Amérique du Nord

(caucasiens) (44), en Tunisie (44), et au Danemark (45). La paraparésie spastique

autosomique dominante de type 4 a été localisée au chromosome 2p22-21. Toutes les

familles canadiennes-françaises décrites présentent des mutations différentes du gène SPG-

4, sauf pour deux d'entre elles, qui partagent une mutation apparemment plus commune

chez les Caucasiens (G1801A) (41). La paraparésie spastique autosomique dominante de

type 4, comme les autres formes de paraparésies spastiques, est liée à l’atteinte des voies

cortico-spinales. On sait désormais que la protéine spastine interagit avec les microtubules

par leurs régions N-terminale, le tout médié par une activité ATPase. Les mutations de la

spastine semblent ainsi altérer la régulation des microtubules au sein des longs axones (46).

Leucodystrophie autosomique dominante (ADLD, PMD-AD-Late-onset type, MS-like

disorder ; MIM 169500)

L'âge typique du début de la maladie est dans la troisième ou la quatrième décennie, et la

maladie affecte l’espérance de vie de façon significative. Le mode de transmission est

autosomique dominant avec une pénétrance dépendante de l’âge. Onze patients canadien-

français avec la leucodystrophie autosomique dominante ont été examinés et des études

généalogiques ont été réalisées (47). Le phénotype des familles canadienne-françaises s'est

avéré semblable à celui des autres familles précédemment décrites : les 6 individus

examinés ont montré une instabilité progressive à la marche, avec un syndrome du

motoneurone supérieur (spasticité; hyperréflexie; réponses plantaires en extension), et des

anomalies du système nerveux autonome (dysfonctionnement intestinal/vésical;

hypotension orthostatique). L’imagerie par résonance magnétique cérébrale montre une

légère atrophie corticale avec des changements symétriques de la substance blanche, les

plus prononcés étant dans les régions fronto-pariétales, en association avec une atrophie

diffuse de la moelle épinière.

Quatre familles dans le monde ont été rapportées avec leucodystrophie autosomique

dominante, une d’origine canadienne-française (Charlevoix, Québec) (47), (48) ; une

d’origine écossaise/irlandaise (49); une d’origine américaine/irlandaise (50); une d’origine

suédoise (51). Des études de localisation ont montré que le locus de la leucodystrophie

16

autosomique dominante se situait sur le chromosome 5q31, avec un LOD score de 5.72 sur

le marqueur D5S804 (52). Par la suite, le gène Lamin B1 a été identifié comme étant

responsable de leucodystrophie autosomique dominante (53). En effet, les sujets atteints de

leucodystrophie autosomique dominante présentent une duplication génomique qui a pour

conséquence de placer une copie supplémentaire du gène Lamin B1, et ainsi créer une

surexpression de ce gène. Ceci aurait pour conséquence de nuire à l’intégrité de la

membrane nucléaire cellulaire, tout en affectant de façon prédominante les astrocytes et en

épargnant les oligodendrocytes (53).

Les Neuropathies héréditaires

Neuropathie sensitivomotrice héréditaire avec agénésie du corps calleux

(NSMH/ACC, HMSN/ACC, ACCPN, syndrome d'Andermann ; MIM 218000)

La NSMH/ACC est une maladie autosomique récessive d’apparition précoce. Elle est

caractérisée par un retard du développement psychomoteur, une neuropathie

sensitivomotrice sévère avec aréflexie, un degré variable d'agénésie du corps calleux, une

amyotrophie, et une hypotonie (54). D'autres caractéristiques associées incluent une ptose

palpébrale, une paralysie du regard vertical, une asymétrie faciale, un tremblement, une

rétraction des tendons d’Achille, et une scoliose (54). La maladie se manifeste au départ

par une hypotonie et un retard dans le développement psychomoteur. L'âge moyen du

début de la marche assistée est de 3.8 ans. La maladie progresse implacablement, et tous

les patients deviennent par la suite confinés au fauteuil roulant dès l'adolescence.

L’espérance de vie est raccourcie (33 ans, en moyenne), bien qu'un certain nombre de

patients aient survécu jusqu’à la cinquantaine. Une majorité de patients présente un retard

intellectuel léger à modéré, et près de 40% des patients développent des caractéristiques «

psychotiques » en fin d’adolescence (idées paranoïdes, hallucinations visuelles et

auditives). Les conductions nerveuses sensitives sont invariablement absentes dès la

naissance (54). La résonance magnétique cérébrale montre une dysgénésie partielle ou

totale de corps calleux (54).

17

La NSMH/ACC est retrouvée principalement dans la population canadienne française du

Québec (région du Saguenay-Lac-St-Jean et de Charlevoix). Le taux de porteur est estimé

à 1/23 habitants dans le Saguenay-Lac-St-Jean, et les reconstructions généalogiques ont

prouvé que tous les porteurs obligatoires ont des ancêtres communs, soutenant de ce fait un

effet fondateur (55). La NSMH/ACC a également a été rapportée dans d'autres régions du

globe comme l’Italie (56), (57), l’Autriche (58), la Tanzanie (59), la Turquie (57), la

Hollande, et l'Afrique du Sud (communication personnelle). La preuve d’un effet

fondateur dans la population canadienne-française a été confirmée par l'analyse des

haplotypes, qui a prouvé que le marqueur D15S1232 était conservé et se retrouvait dans

plus de 97% des chromosomes atteints (57). Des mutations dans le gène SLC12A6, qui

code pour le co-transporteur chlore-potassium (KCC3), se sont avérées responsables de la

NSMH/ACC. Le KCC3 est exprimé à la fois dans le système nerveux central et

périphérique (57). Le KCC3 serait impliqué dans la régulation de la volémie cellulaire ou

dans la régulation des concentrations intracellulaire de K+ et de Cl- (60). Des autopsies de

patients avec NSMH/ACC ont été effectuées, montrant des gonflements axonaux dans la

substance blanche et un oedème axonal sévère dans l’ensemble du système nerveux

périphérique (54).

Neuropathie sensitive héréditaire de type 2 (NSH-2, HSAN-2, HSN-2, Neurogenic

Acroosteolysis, MIM 201300)

La NSH-2 est une maladie autosomique récessive débutant typiquement dans les deux

premières décennies. La maladie peut avoir une variété de manifestations phénotypiques,

mais la caractéristique principale consiste en une perte de sensibilité dans les extrémités.

Les cas décrits au sein des familles canadienne-françaises (61), (62) ont les caractéristiques

suivantes : les enfants sont habituellement normaux à la naissance, avec un développement

moteur et des capacités d’apprentissage normales durant l’enfance; pendant la première

décennie, ils développent habituellement des troubles sensitifs dans les extrémités

(difficultés à identifier des objets avec leurs mains, blessures cutanées fréquentes,

ulcérations) ; par la suite, les patients développent une acroostéolyse, évidente à l'examen

clinique et aux rayons X des membres. Les cas décrits en Nouvelle-Écosse et à Terre-

Neuve (63) ont les caractéristiques suivantes : les patients se présentent tôt dans l'enfance

18

avec un engourdissement des mains et des pieds, aggravé par le froid, ainsi qu’une

diminution de la sensibilité au toucher, à la douleur, et à la température. La perte de

sensibilité dans les membres est principalement distale, mais peut également impliquer le

tronc chez quelques patients. Dans certains cas, d'autres éléments sont présents, tels une

atrophie musculaire, des réflexes ostéotendineux diminués, des ulcérations, des infections,

et des amputations des membres inférieurs. Le dysfonctionnement du système nerveux

autonome (l'hypotension orthostatique et une diminution de la transpiration) n'est pas

retrouvé chez ces patients. Dans la NSH-2, les conductions nerveuses sensitives sont

toujours anormales (absence de potentiel ou amplitudes sévèrement diminuées) (62).

Un total de 13 familles d'origine canadienne-française de diverses régions du Québec ont

été décrites avec la NSH-2 (61), (62), (64). Des 16 cas examinés pour des mutations dans

le gène causant la NSH-2, 9 étaient homozygotes pour la mutation de c.943C→T, 1 était

homozygote pour la mutation c.918-919insA, et 6 étaient des hétérozygotes (64). Par

ailleurs, la NSH-2 a été la première fois signalée à Terre-Neuve au début des années 1900.

Les membres de la famille principale sont venus du Dorset (Royaume-Uni) en tant que

migrants issus du déplacement massif des colons protestants du sud-ouest de l’Angleterre et

des colons catholiques d'Irlande méridionale (65). Une grande famille consanguine

multigénérationelle a été décrite, ainsi qu’une plus petite famille. Tous les cas affectés

étaient porteurs de la mutation homozygote c.594delA dans le gène causant la NSH-2. Une

autre petite famille de Nouvelle-Écosse, d’origine ethnique incertaine, a été décrite avec

une mutation homozygote c.918-919insA (63). Selon la biopsie et les données

électrophysiologiques obtenues, le dysfonctionnement du gène causant la NSH-2 entraîne

des anomalies autant pour les fibres nerveuses sensitives que motrices, bien que les

changements soient plus sévères dans les fibres sensitives. Les biopsies de nerfs sensitifs

montrent une perte sévère ou complète des fibres myélinisées (62). On ne sait pas à ce

stade dans quelle mesure le système nerveux autonome est impliqué. Le gène causant la

NSH-2 est particulier parce qu'il se compose d'un seul exon qui se retrouve dans la région

intronique d'un autre gène, le PRPKWNK1. Sa fonction est inconnue, mais il pourrait

entraîner l’expression d’une protéine jouant un rôle de facteur neurotrophique (63).

19

L’Ataxie cérébelleuse récessive de la Beauce

Au cours des dernières années, une nouvelle forme d’ataxie héréditaire a été identifiée dans

la région de la Beauce (Québec). Afin de déterminer le gène responsable de cette nouvelle

forme d’ataxie nommée ataxie récessive de la Beauce (ARB), une étude génomique

complète a été réalisée (66). Cette étude a localisé le gène causant l’ARB sur le

chromosome 6q. La séquence complète chez tous les patients atteints d’ARB du seul gène

inclu dans cette intervalle (SYNE-1) a permis d’identifier plusieurs mutations au sein la

population étudiée. Le travail d’identification du gène complété, l’objectif du présent

mémoire a été centré sur la caractérisation génotypique et phénotypique de cette maladie

qui n’avait jamais été décrite ailleurs dans le monde.

20

CHAPITRE I: Clinical and Genetic Study of Autosomal

Recessive Cerebellar Ataxia Type 1

Nicolas Dupré MD MSc (1), François Gros-Louis PhD (2), Nicolas Chrestian MD (1),

Steve Verreault MD MSc (1), Denis Brunet MD (1), Danielle de Verteuil (2), Bernard

Brais MD PhD (2), Jean-Pierre Bouchard MD (1) and Guy A. Rouleau MD PhD (2)

(1)Faculty of Medicine, Laval University, Department of Neurological Sciences, CHAUQ -

Enfant-Jésus, 1401, 18th street, Quebec City, QC, Canada, G1J 1Z4

(2) Center for the Study of Brain Diseases, Université de Montréal, CHUM Research

Center - Notre-Dame Hospital, J.A. de Sève Pavilion, 1560, Sherbrooke Street East,

Montreal, QC, Canada, H2L 4M1

21

ABSTRACT

Objective: Define the phenotype and genotype of a cluster of families with a relatively pure

cerebellar ataxia referred to as Autosomal Recessive Cerebellar Ataxia type 1 (ARCA-1).

Methods: We ascertained 64 probands and affected members of 30 French-Canadian

families all showing similar clinical features and originating from the same region of

Quebec. After informed consent, we performed detailed clinical history, neurological

examination, brain imaging, nerve conduction studies, and SYNE1 mutation detection of all

available subjects. Results: Based on the cases examined, ARCA-1 is a cerebellar

syndrome characterized by: recessive transmission; middle-age onset (mean 31.60 years,

range 17-46); slow progression and moderate disability; significant dysarthria; mild

oculomotor abnormalities; occasional brisk reflexes in the lower extremities; normal nerve

conduction studies and diffuse cerebellar atrophy on imaging. We identified a total of 7

mutations in our population, thereby providing evidence of genotypic heterogeneity.

Patients with different mutations did not show significant phenotypic heterogeneity.

Interpretation: We identified a cluster of French-Canadian families with a new recessive

ataxia of relatively pure cerebellar type caused by mutations in SYNE1. The function of

SYNE-1 is thus critical in the maintenance of cerebellar structure in humans. We expect

that this disease will be a common cause of middle-age onset recessive ataxia worldwide.

22

Introduction

The hereditary ataxias can be divided based on their mode of inheritance into autosomal

dominant, autosomal recessive, X-linked and the mitochondrial ataxias. These disease

categories share the prototypic feature of impaired walking, although they usually present a

variety of other neurological symptoms such as pyramidal signs, peripheral neuropathy,

extrapyramidal signs, cognitive loss, or retinopathy. The autosomal recessive ataxias are

also a heterogeneous group of disorders comprised mainly of Friedreich’s Ataxia, Ataxia

Telangiectasia, Ataxia with Vitamin E Deficiency, Autosomal Recessive Spastic Ataxia of

Charlevoix-Saguenay (ARSACS), Abetalipoproteinemia, Ataxia with Oculomotor Apraxia

type 1 (AOA-1) and type 2 (AOA-2) (67).

Over the last decade, we have identified a large cluster of French-Canadian families whose

ancestors originate mostly from the same region of the Province of Quebec (Canada). This

region, located in South-Eastern Quebec near the US border, is called Beauce. The affected

individuals in these families all share similar clinical characteristics that define this new

disease entity we named ARCA-1, also known as Recessive Ataxia of Beauce (RAB) (68),

(69). Genome-wide linkage and fine-mapping analysis on selected families with ARCA-1

established a minimum candidate interval of about 0.5-Mb on chromosome 6q containing a

single causal gene (SYNE1) (66). Spanning over 0.5-Mb of genomic DNA, SYNE1 is one

of the biggest gene in the human genome formed of 147 exons that encodes a 27,652-kb

mRNA and an 8797 amino acid long protein. To date, 5 different truncating mutations

within Syne1 have been described (66). In the present paper, we report 2 novel mutations,

also leading to premature termination of the protein, and define the full clinical and

molecular spectrum of ARCA-1.

Subjects and methods

Subjects were referred to the study protocol by their treating physician based on a

preliminary assessment consistent with the core features of ARCA-1 (ataxia and dysarthria

of middle-age onset with cerebellar atrophy) and a recessive family history (parents

23

unaffected). They were informed of the procedures entailed in the protocol and signed,

prior to their participation, a consent form approved by the local ethics review boards

(Centre Hospitalier de l’Université de Montréal and Centre Hospitalier Affilié Universitaire

de Québec). All 64 available affected and unaffected members of the 30 recruited families

underwent a thorough neurological examination, and were examined independently by at

least two neurologists. We also used an assessment scale (70) to grade severity of

symptoms: dysarthria (0 = no impairment; 1 = mild dysarthria but comprehensible; 2 =

moderate dysarthria with interruption in flow; 3 = severe dysarthria and incomprehensible,

very difficult to understand; 4 = completely unintelligible); dysmetria (0 = no impairment; 1

= mild dysmetria but reaches the target; 2 = moderate dysmetria, reaches target after several

attempts; 3 = severe dysmetria, short of target after many attempts; 4 = cannot use hands);

gait (0 = normal; 1 = stance width increased, mildly unstable gait but can walk without

support; 2 = moderately unstable gait and needs support for walking; 3 = unable to walk,

needs the assistance of two persons; 4 = wheelchair bound). Twenty-two subjects

underwent electrophysiological studies (D.B) including compound motor action potentials

of median, ulnar, tibial and peroneal nerves, as well as sensory nerve action potentials of

median, ulnar, radial and sural nerves, with standard values for filters, stimulus duration

and electrode positioning. Brain imaging with magnetic resonance imaging was performed

on 50 affected subjects.

Upon receipt of informed consent, blood samples were obtained from affected individuals

in 30 families. DNA was extracted from peripheral blood by standard methods (71). For

mutation screening, a set of 154 PCR primer pairs were designed from genomic DNA to

amplify each exon of the SYNE1 gene, including the flanking splice sites and the

untranslated regions (66). Products were PCR-amplified, checked on agarose gels, and

then sequenced using the forward primers for all of the amplicons. Each fragments

containing mutations were PCR-amplified a second time and sequenced with the reverse

primer in order to confirm that the identified mutations are not due to PCR artefact.

24

Results

Sample case: This 42 year-old woman originates from the Beauce region in Quebec. On

her initial visit, she mentioned that around the age of 30 she started noticing that her speech

was slurred. During the same period, she also noticed some mild walking impairment. As

she advanced in her thirties, the slurred speech and walking impairment progressed.

Strangers would sometimes wonder if she had been drinking alcohol, and her gait was

becoming more wide-based with a tendency to fall if she did not pay more attention than

usual during her movements. Additionally, her hands would feel clumsier. On

neurological examination at age 42, she had normal fundoscopy, normal ocular saccades

and pursuit, and no nystagmus. She had significant cerebellar dysarthria. Strength was

normal throughout, with no spasticity. Reflexes were normal in the upper and lower limbs,

with down-going toes. Sensory examination was normal to pain, temperature, vibration,

proprioception, and light touch. Gait was broad-based. There was significant dysmetria on

finger-to-nose and heel-to-shin, as well as cerebellar hypotonia (Holmes’ sign) in the upper

limbs. Magnetic resonance imaging revealed diffuse cerebellar atrophy and nerve

conduction studies were normal. Genetic testing confirmed that she was homozygous for

the g.306434A>G mutation.

Overall, the ARCA1 phenotype consists of a middle-age onset disease that presents with

either dysarthria, cerebellar ataxia or both coincidentally (table 1 & figure 1). Over time,

all patients develop significant dysarthria and ataxia, with other associated features such as

dysmetria, brisk lower extremity tendon reflexes, and minor abnormalities in saccade and

smooth pursuit. None of the subjects evaluated showed extrapyramidal signs, cognitive

loss, retinopathy, cardiomyopathy, sensory abnormalities, or autonomic disturbances. The

disease progresses slowly and evolves into a moderate degree of disability. There appears

to be no effect on life expectancy. Nerve conduction studies performed on 22 affected

individuals were always normal, showing therefore no sign of a peripheral sensory or motor

neuropathy in this disease. Single-fiber electromyography was also normal when

performed on one subject, suggesting preserved function at the neuromuscular junction.

25

Table 1: Clinical results of patients with ARCA-1 (n=64). ____________________________________________________________________ Sex Male 37 (58%) Female 27 (42%) First complaint Dysarthria 8 (12.5%) Ataxia 40 (62.5%) Both 16 (25%) Age of onset (dysarthria) Mean 34.79 SD 7.62 range 17-50 Age of onset (ataxia) Mean 31.60 SD 7.81 range 17-45 Age at evaluation Mean 45.36 SD 10.71 range 24-69 Duration at evaluation Mean 14.33 SD 9.77 range 3-40 ____________________________________________________________________ Assessment scale Dysarthria Mean 1.78 range 0-3 Dysdiadochokinesis Mean 1.26 range 0-2 Dysmetria Mean 1.44 range 0-3 Gait Mean 1.48 range 0-3 ____________________________________________________________________ Neurological examination Dysarthria 64 (100%) Nystagmus 6 (9.4%) Slow saccades 20 (31.2%) Abnormal pursuit 28 (43.8%) Brisk reflexes in the lower limbs 21 (32.8%) Ankle clonus and/or Babinski sign 4 (6.2%) Dysmetria on finger-to-nose 58 (90.6%) Dysmetria on heal-to-shin 58 (90.6%) Ataxia 63 (98.4%) _____________________________________________________________________

26

Figure 1: Age of onset by decade.

27

Imaging findings by CT or MRI on 50 affected individuals invariably showed marked

diffuse cerebellar atrophy (figure 2). On detailed review of imaging in 38 affected subjects,

there was no cerebral cortical atrophy; no midbrain, pontine or bulbar atrophy; no atrophy

of inferior olives; no white matter changes.

Figure 2: Magnetic resonance imaging of a 43 years old ARCA-1 patient after 5 years of

disease evolution. Sagittal T1 shows marked diffuse cerebellar atrophy with no cerebral

cortical atrophy; no midbrain, pontine or bulbar atrophy.

28

Genetic analysis revealed 7 mutations (table 2, figure 3 & 4), including 5 previously

described mutations (66) and 2 novel truncating mutations (g.409218C>T and g.281100-

281101delTG). The most frequent mutation, g.306434A>G, was present homozygously in

20/64 subjects (31.2%). This same mutation was present heterozygously with the

g.310067A>G mutation in 11/64 (17.2%), with the g.247012A>T mutation in 6/64 (9.4%),

with the g.426494C>T mutation in 1/64 (1.6%), and with the g.334338-334342delATTTG

mutation in 4/64 (6.2%). There was 1/64 (1.6%) g.310067A>G homozygote, 3/64 (4.7%)

g.247012A>T homozygotes, 1/64 (1.6%) g.247012A>T / g.409218C>T heterozygote.

Finally, 6/64 (9.4%) carried a known mutation on one chromosome and an unknown

mutation on the other chromosome, while in 9/64 (14.0%) the mutation was not found

using the technique described above and in 2/64 (3.1%) genetic testing could not be

performed. The g.306434A>G mutation was present on 50.8% of chromosomes tested,

while mutations remain to be identified in close to one-fifth of carrier chromosomes. We

performed genotype-phenotype correlation studies by segregating based on the most

common genotypes (g.306434A>G homozygotes and g.306434A>G / g.310067A>G

heterozygotes) using the following parameters: age of onset (dysarthria, ataxia, overall);

disease duration; eye movement abnormalities. This analysis gave no statistically

significant differences. Additionally, when we analysed the clinical data of patients bearing

the less common genotypes, we were unable to demonstrate that they showed any atypical

clinical features.

29

Table 2: Known mutations causing ARCA-1. Variants* Exons/Introns Protein changes Total carrier

chromosomes tested in patient population (n=124)

_________________________________________________________________________ g.306434A>G Intron 81 Premature stop 63 (50.8%) at position 5244 g.310067A>G Intron 84 Premature stop at 13 (10.5%) position 5402 g.247012A>T Exon 56 R2906X 16 (12.9%) g.426494C>T Exon 126 Q7640X 2 (1.6%) g.334338-334342delATTTG Exon 93 Premature stop at 4 (3.2%)

position 5880 g.409218C>T Exon 118 Q7386X 1 (0.8%) g.281100-281101delTG Exon 71 4077X 1 (0.8%) Unknown 24 (19.3%) _________________________________________________________________________ * Variants were named according to the genomic DNA sequence NM_033071; nucleotide

"A" from the ATG initiation codon is referred as 1. Allele frequencies of variants were

0/380 French-Canadian controls.

30

Figure 3: SYNE1 identified truncating mutations.

(A) Sequence traces of normal individual (top) and ARCA-1 patients (lower) showing the

novel detected mutations within exons 71 and 118 of SYNE1.

(B) Protein structure of SYNE-1. Known ARCA-1 disease causing mutations are in black

and newly identified mutations lie within boxes. Light grey region defines areas rich in

predicted spectrin repeats; grey boxes at the N-terminal part of the protein correspond to

calponin-homology domains involved in actin binding; dark-grey box indicates the C-

terminal nuclear envelope binding domains containing sequences homologous to the

Drosophila protein Klarsicht.

31

Figure 4 : Segregation of the various genotypes in the population studies.

51% (Intron 81)

10% (Intron 84)

13% (Exon 56)

19% (Unknown)

32

Discussion

ARCA-1 is thus a new recessive relatively pure cerebellar ataxia that is caused by various

mutations in SYNE1. ARCA-1 shows relative homogeneity of the phenotype, despite being

caused by more than seven different mutations. The age of onset does not vary

significantly in function of given mutations like in trinucleotide repeat disorders, whereas

the disease shows little associated features accompanying the core symptoms of dysarthria

and dysmetria. SYNE1 encodes a protein of about 8,797 amino acid residues (>1,000 kDa)

(66). The protein contains two N-terminal actin-binding regions that comprise tandem

paired calponin-homology-domains, a transmembrane domain, multiple spectrin repeats

and a C-terminal KASH domain. Although SYNE1 is expressed in multiple tissues, its

greatest level in the central nervous system of mice is in the cell bodies of the Purkinje cells

and in neurons of the olivary region of the brainstem, while in humans it is also expressed

predominantly in the cerebellum; it is not expressed in glial cells. In the peripheral nervous

system, SYNE-1 is involved in anchoring specialized myonuclei underneath the

neuromuscular junctions (66). It was found in a muscle biopsy of an ARCA-1 patient that

fewer myonuclei come to lie beneath the neuromuscular junction, although this has no

consequences clinically, electrophysiologically, or ultrastructurally. SYNE-1 is part of the

spectrin family of structural proteins that share a common function of linking the plasma

membrane to the actin cytoskeleton. This family also includes dystrophin (Duchenne and

Becker muscular dystrophies)(72), SPTBN2 (Spinocerebellar ataxia type 5 ) (73),

PLEKHG4 (16q-Autosomal dominant cerebellar ataxia) (74) and Spnb4 (75).

The closest description of ARCA-1 phenotype in the literature is Holmes hereditary ataxia.

Holmes’ type of hereditary ataxia (76) was described a century ago (1907) in a family of

eight siblings, with four of them presenting with middle-age onset dysarthria, ataxia and

hypogonadism (not present in ARCA-1). The inheritance pattern was most likely

autosomal recessive, since the parents were not affected. Autopsy of one affected case

showed diffuse cerebellar atrophy with no pontine or olivary involvement. To our

knowledge, no linkage or gene defect responsible for this type of ataxia has been reported

as yet.

33

(ARSACS) is the most common of all autosomal recessive ataxias in Quebec with more

than 300 affected individuals. ARSACS patients exhibit early onset signs of spasticity in

the lower limbs usually observed at gait initiation (12-18 months) (28). The clinical picture

noticed by parents from early childhood is always that of a gait ataxia with a tendency to

fall. Nerve conduction studies demonstrate signs of progressive axonal sensory-motor

neuropathy. AOA-2 is also present in Quebec, where more than 10 families have been

described. It is characterized mainly by cerebellar atrophy, axonal sensory-motor

neuropathy and elevated serum α-fetoprotein (77). The main differences clinically between

these other recessive ataxias common in Quebec and ARCA-1 is the earlier age of onset,

the higher degree of disability, and the associated peripheral neuropathy.

Of interest, 16q-Autosomal Dominant Cerebellar Ataxia is characterized by an age of onset

>55 years and sensorineuroral hearing impairment (74), which is different from what we

found in ARCA-1. However, there are similarities in that it is also a relatively pure

cerebellar syndrome caused by mutations in PLEKHG4, also part of the spectrin family of

structural proteins. On pathology, 16q-Autosomal dominant cerebellar ataxia shows

peculiar degeneration of Purkinje cells that undergo shrinkage and are surrounded by

amorphous material. Spinocerebellar Ataxia type 5 is characterized by a slowly

progressive cerebellar syndrome beginning mostly in the third decade (78), (79). The most

consistent clinical feature is downbeat nystagmus, while other common features included

gait, stance, and limb ataxia; dysarthria; intention tremor and resting tremor; impaired

smooth pursuit; gaze-evoked nystagmus. Symptom progression is slow, and all patients

remain ambulatory despite disease duration of up to 30 years. MRI shows atrophy of the

cerebellar vermis and hemispheres. Again, this other ataxia caused by mutations in a

spectrin family protein shows striking similarities with ARCA-1 in terms of the

predominant cerebellar involvement, middle-age onset, relatively slow progression, and

moderate degree of disability.

In conclusion, ARCA-1, Spinocerebellar Ataxia type 5 and 16q-Autosomal Dominant

Cerebellar Ataxia taken together allow us to define a new category of hereditary ataxias

34

related to the spectrin family of structural proteins. Despite significant genetic

heterogeneity, this category of ataxia shares many common clinical features. We expect

that this new category of inherited ataxias may be more frequent than previously thought,

mainly through the contribution of ARCA-1, since we have encountered important genetic

heterogeneity even within a homogeneous founder population. We speculate that a

significant proportion of yet undiagnosed recessive or “sporadic” ataxias may be due to

SYNE1 mutations, which would have great repercussions on our ability to diagnose more

precisely these ataxia types in specialized clinics worldwide.

ACKNOWLEDGEMENTS

This work was supported by the National Ataxia Foundation (Funding), the Canadian

Genetic Disease Network (Funding), the Canadian Institute of Health Research

(Scholarships of FGL and ND) and the Association des Ataxies Familiales (Scholarship of

DV). France Gosselin and Madeleine Plante performed blood collection of patients and

obtained their consent. Finally, we would also like to thank the family members who

participated in this study.

35

Conclusion

Nous avons récapitulé dans l’introduction les diverses ataxies héréditaires, paraparésies

spastiques héréditaires, et enfin neuropathies héréditaires de l’est du Canada. Le travail

préliminaire a été effectué en grande partie par des cliniciens astucieux comme André

Barbeau et Jean-Pierre Bouchard, qui ont contribué considérablement à la description des

sous-types phénotypiques de ces maladies. En tant que tel, les maladies suivantes ont été

identifiés la première fois chez des patients de l’est du Canada: l’Ataxie récessive spastique

du Charlevoix-Saguenay, la Neuropathie sensitive héréditaire de type 2, l’ARB, et la

Neuropathie sensitivomotrice héréditaire avec agénésie du corpus calleux. Le contexte

historique particulier de cette région du Canada a provoqué les effets fondateurs et

l'isolement génétique qui ont eu comme conséquence le développement de certaines

maladies rares au sein de cette population. Le travail de base résidait dans la

démonstration, par des études généalogiques, d’ancêtres communs aux individus se

présentant avec des phénotypes semblables. Ceci a été suivi, dans l'ère génomique, de

l'identification des haplotypes de fondateur et de la relative homogénéité génétique de ces

individus.

L’ARB se caractérise principalement par une atteinte lentement progressive sous forme de

dysarthrie ou d’ataxie cérébelleuse débutant généralement dans la deuxième ou la troisième

décennie (âge de début moyen 30.4 années ; intervalle de 17-46 ans). Il y a peu d’autres

signes cliniques associés si ce n’est des anomalies mineures des mouvements extra-

oculaires (diminution de la vitesse des saccades), une incoordination des membres ou

encore des réflexes ostéotendineux parfois vifs aux membres inférieurs. Par ailleurs, on ne

retrouve pas de signes extra-pyramidaux, d’atteinte du système nerveux autonome, ou de

polyneuropathie. Sur le plan des examens para-cliniques, l’imagerie par résonance

magnétique révèle une atrophie cérébelleuse diffuse sans atteinte du tronc cérébral chez les

sujets atteints, et ce, même après seulement quelques années d’évolution de la maladie; les

conductions nerveuses périphériques sont toujours normales, donc sans signe d’atteinte

neuropathique.

36

Au cours des dix dernières années, des familles canadiennes-françaises originaires de la

Beauce et du Bas-St-Laurent (Québec) ont été identifiées, dont plusieurs membres

présentaient des signes cliniques de l’ARB. Afin de déterminer le gène responsable de l’

ARB, une étude génomique complète a été réalisée avec 388 marqueurs microsatellites à

des intervalles approximatifs de 10cM (66). Cette étude a localisé le gène causant l’ARB

sur le chromosome 6q entre les marqueurs D6S420 et GATA186B06. La séquence

complète chez tous les patients atteints d’ARB du seul gène inclu dans cette intervalle

(SYNE-1) a permis d’identifier 7 mutations au sein la population étudiée. Chaque mutation

sied sur son propre haplotype, dont 2 sont nettement plus fréquents, ce qui confirme l’effet

fondateur. La protéine encodée par SYNE-1 étant constituée de nombreuses répétitions

interagissant avec les spectrines, on peut émettre l’hypothèse que les mutations retrouvées

chez les patients atteints de l’ARB affectent la capacité de cette dernière à s’attacher à la

spectrine, ce qui pourrait avoir un impact significatif sur la structure nucléaire des cellules

de Purkinje. L’ARB peut ainsi être classifiée dans une nouvelle catégorie d’ataxies

héréditaires - celles reliées à des défauts d’attachement à la spectrine - qui comprend

désormais l’ARB, l’Ataxie spinocérébelleuse de type 5, et l’Ataxie cérébelleuse

autosomique dominant du chromosome 15q, toutes trois caractérisées pas une

dégénérescence cérébelleuse tardive et lentement progressive.

37

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