Le mode de transmission des dystrophies cornéennes le plus fréquent est le mode autosomique dominant. Cela signifie que la maladie se déclare chez des patients hétérozygotes pour le gène muté. Sur l'arbre généalogique, on retrouve des patients porteurs de la dystrophie à chaque génération. Lorsqu'un enfant naît d'un parent atteint hétérozygote et d'un autre sain, il a une chance sur deux de développer la maladie. Un enfant qui naît de deux parents atteints – cas rare car les dystrophies cornéennes sont des maladies rares – a une probabilité de 50 % d'avoir la dystrophie en étant lui-même hétérozygote, de 25 % d'avoir la dystrophie en étant homozygote avec habituellement une forme plus sévère de la maladie, et de 25 % d'être sain non porteur de la mutation. La pénétrance peut être incomplète lorsqu'un patient porteur d'une mutation associée à une dystrophie cornéenne ne développe pas la dystrophie. L'expressivité peut être variable lorsque la gravité de la dystrophie varie chez des sujets porteurs de la même mutation.

Une néomutation ou mutation de novo peut survenir dans un des gamètes des parents. Dans ce cas, le patient atteint n'a pas d'ascendant atteint et il peut transmettre la dystrophie à sa descendance. Pour poser le diagnostic moléculaire d'une mutation autosomique dominante de novo , il est nécessaire de tester les deux parents et le patient. Le test des deux parents doit être négatif pour la mutation.

Lorsque l'expressivité est variable et la pénétrance incomplète, les deux parents d'un patient porteur d'une dystrophie autosomique dominante peuvent être phénotypiquement sains et pourtant un des deux parents est porteur de la mutation. L'effet fondateur est l'introduction d'une nouvelle mutation qui devient plus fréquente au fil des générations, pour des raisons géographiques, avec une diminution de la diversité génétique.

De rares dystrophies peuvent se transmettre sur le mode autosomique récessif. Il s'agit de la dystrophie cornéenne gélatineuse en gouttelettes, de la dystrophie cornéenne maculaire et de la dystrophie cornéenne endothéliale héréditaire congénitale. Dans ce cas, la dystrophie se développe uniquement si les deux allèles du gène sont porteurs de la mutation (patient homozygote). Cela implique que les deux parents sont porteurs de la mutation, habituellement hétérozygotes sains. S'agissant de maladies rares, une consanguinité entre les parents est nécessaire pour voir apparaître la dystrophie dans la descendance. Un enfant qui naît de deux parents hétérozygotes sains a une probabilité de 25 % d'avoir la dystrophie en étant lui-même homozygote, de 50 % d'être porteur de la mutation en étant hétérozygote sain, et de 25 % d'être sain non porteur de la mutation. Un enfant qui naît d'un parent atteint (homozygote) et d'un parent sain porteur de la mutation (hétérozygote) – cas rare – a une probabilité de 50 % de développer la dystrophie (homozygote) et de 50 % d'être porteur sain de la mutation (hétérozygote). Un enfant qui naît de deux parents porteurs de la dystrophie a une probabilité de 100 % d'être atteint lui-même. Le nombre de mutations possibles pouvant être grand, un patient atteint peut être hétérozygote composite (mutation différente sur chacun des deux autosomes) et non homozygote.

Le mode de transmission dominante lié au chromosome X ne se voit que dans la dystrophie cornéenne endothéliale liée à l'X qui est une pathologie exceptionnelle. Chez la femme, une inactivation d'un des deux chromosomes X se produit à un stade précoce de la vie embryonnaire. Un enfant qui naît d'une femme atteinte et d'un homme sain a une probabilité de 50 % d'être atteint et de 50 % d'être sain. Un enfant qui naît d'une femme saine et d'un homme atteint a une probabilité de 100 % d'être atteint si c'est une fille et de 100 % d'être sain si c'est un garçon. La pénétrance peut être incomplète et l'expressivité variable.

Typiquement, une dystrophie cornéenne donnée résulte de la mutation d'un seul gène. Néanmoins, dans la dystrophie de Fuchs, qui est la plus fréquente des dystrophies cornéennes – si l'on exclut la dystrophie de la membrane basale épithéliale qui n'est en fait pas une dystrophie mais une dégénérescence –, un grand nombre de gènes différents ont été identifiés comme associés au développement de la dystrophie. Un de ces gènes, le gène du facteur de transcription TCF4, est impliqué dans les trois quart des cas. De plus, les facteurs non génétiques (vieillissement, hormones féminines et tabagisme) jouent un rôle important dans le développement de la dystrophie. La dystrophie de Fuchs n'est donc pas une maladie purement génétique, mais une maladie multifactorielle [1].

Si la mutation consistant en un remplacement d'une base nucléotidique dans la séquence d'ADN résultant en la substitution d'un acide aminé par un autre dans la protéine est l'anomalie génétique habituelle des dystrophies cornéennes, une délétion de nucléotides est possible. Dans la dystrophie cornéenne amorphe postérieure, des délétions de plusieurs gènes, kératocan ( KERA ), lumican ( LUM ), décorine ( DCN ) et épiphycan ( EPYC ) sont observées. Des délétions ont été rapportées dans la dystrophie cornéenne granulaire de type 1 et la dystrophie cornéenne maculaire. Dans la dystrophie de Fuchs, l'anomalie génétique la plus fréquente est la répétition d'un triplet CTG dans le 3 ^e intron du gène TCF4 . Des mutations différentes d'un même gène peuvent être à l'origine de dystrophies différentes. C'est le cas des dystrophies épithéliostromales qui sont dues à des mutations différentes du gène TGFβI .

Le diagnostic en génétique moléculaire des dystrophies cornéennes suppose, comme pour toute maladie génétique, un conseil génétique et un consentement éclairé du patient. La recherche de mutations dans le génome (ADN) est effectuée à partir de cellules sanguines ou de cellules de la muqueuse buccale. C'est la base du diagnostic génétique moléculaire des dystrophies cornéennes. L'étude de l'ARN messager (transcriptome) ou de la protéine (protéome) est plus utilisée en recherche qu'en clinique. Après prélèvement des cellules (prise de sang, frottis buccal), l'ADN doit être extrait des cellules avant son analyse en génétique moléculaire.

Le diagnostic génétique moléculaire utilise divers principes et techniques qui, combinés, permettent de localiser ou d'identifier une anomalie génétique. La dénaturation de l'ADN (séparation des deux brins de la molécule) se fait par chauffage. Lorsque la température est diminuée progressivement, survient une renaturation ou hybridation (réassociation des deux brins de la molécule d'ADN). Les enzymes de restriction permettent de détruire tout ADN étranger qui pourrait infecter une cellule en clivant la molécule d'ADN au niveau de sites spécifiques. Cette propriété est utilisée en génétique moléculaire pour cliver la molécule d'ADN à des endroits précis du génome. Les ADN polymérases permettent de synthétiser un ADN simple brin complémentaire à partir d'une région double brin (amorce) de l'ADN matrice, dans le sens 5′ → 3′. L'électrophorèse permet de séparer des fragments d'ADN de tailles différentes. Le marquage de l'ADN peut se faire à l'aide de sondes radioactives ou non radioactives (révélées par des anticorps) ou de ribo-sondes.

La PCR ( polymerase chain reaction ) permet d'amplifier une séquence d'ADN en utilisant des amorces spécifiques de la région du génome à amplifier. Elle consiste en des cycles répétés de dénaturation, d'hybridation, d'extension, permettant d'obtenir plusieurs millions de copies de la séquence d'ADN à étudier. L'amplification d'une séquence expose au risque de contamination par de l'ADN extérieur au prélèvement étudié. Les laboratoires doivent donc utiliser des règles très strictes pour éviter ces contaminations qui peuvent générer des erreurs diagnostiques.

L'amplification réfractaire par PCR permet d'identifier des mutations. La technique Southern permet d'identifier une séquence d'ADN par hybridation. La technique FISH ( fluorescence in situ hybridization ) permet une hybridation sur des chromosomes entiers avec une révélation en fluorescence. Ces techniques favorisent l'identification directe de l'anomalie génétique recherchée. Cette identification directe n'est pas toujours possible et des techniques indirectes (analyse de liaison) peuvent être nécessaires, telles que le polymorphisme de conformation simple brin ( single-strand conformation polymorphism [SSCP]), l'électrophorèse en gradient dénaturant ( denaturing gradient gel electrophoresis [DGGE]), le clivage chimique des mésappariements, la chromatographie liquide à haute performance dénaturante ( denaturing high-performance liquid chromatography [DHPLC]).

L'analyse de liaison nécessite un prélèvement chez plusieurs membres de la famille. Diverses techniques ( restriction fragment length polymorphism [RFLP], single-nucleotide polymorphism [SNP], microsatellites) permettent de déterminer si un segment d'ADN provient du père ou de la mère. La technique RFLP (polymorphismes de restriction) utilise des variations d'un seul nucléotide à l'intérieur d'une séquence reconnue par une enzyme de restriction. Une analyse statistique complexe est nécessaire pour savoir si la transmission du marqueur est dépendante ou indépendante de la transmission de la dystrophie. Ainsi, des biostatisticiens sont nécessaires au sein des laboratoires de génétique moléculaire pour l'analyse des résultats des techniques réalisées par les biologistes moléculaires.

Un test commercialisé (Avellino® Labs USA, Menlo Park, États-Unis) permet de détecter cinq des plus fréquentes mutations associées aux dystrophies épithéliostromales ( R124H , R124C , R124L , R555W et R555Q ). Il repose sur une amplification de l'ADN en utilisant des PCR amorces et sondes spécifiques pour chaque mutation [19].

Les méthodes de séquençage permettent de diagnostiquer les anomalies génétiques d'un gène. La méthode Sanger favorise un petit séquençage ponctuel. Le séquençage par hybridation repose sur l'utilisation de puces à ADN contenant de plusieurs centaines (pour les puces de première génération) à plusieurs milliers d'oligonucléotides. Le séquençage à haut débit ou NGS ( next-generation sequencing ) permet le séquençage rapide de milliers à des millions de molécules d'ADN simultanément, en déterminant l'ordre unique et spécifique des bases des acides nucléiques. Cela favorise le séquençage de plusieurs gènes simultanément, en comparant la séquence du patient à une séquence de référence, et l'identification des mutations ponctuelles ainsi que les petites insertions, duplications et délétions. Le NGS est actuellement la technique de référence pour le diagnostic génétique moléculaire. Il intéresse essentiellement les parties codantes des gènes, dans lesquelles les deux tiers des mutations sont décrites.

Le séquençage de l'ARN unicellulaire ou scRNA-seq ( single-cell RNA sequencing ) a permis d'identifier de nouvelles signatures génétiques et l'hétérogénéité cellulaire. Il peut être intéressant dans la dystrophie de Fuchs qui présente cette hétérogénéité [20].

Globalement, les techniques de diagnostic génétique moléculaire évoluent rapidement. Elles requièrent des équipements dont le coût financier reste important. Leur diffusion est limitée à des laboratoires hospitaliers universitaires et des plateformes privées de biologie moléculaire. Il paraît néanmoins probable que les progrès techniques et la généralisation du diagnostic génétique moléculaire permettront dans l'avenir de diminuer les coûts, cette méthode diagnostique pouvant ainsi être intégrée dans la pratique clinique courante.

La transmission des résultats doit être faite avec des précautions, car des erreurs diagnostiques liées à l'identification du prélèvement, à la technique moléculaire utilisée et à l'interprétation des résultats de cette technique sont possibles. Des équipes de généticiens sont spécialement formées à la prise en charge clinique des dépistages, à leur encadrement légal et psychologique.