Enseignement

1L’enseignement de la chaire de Génétique humaine n’a pas eu lieu cette année universitaire. J’ai toutefois participé à l’enseignement de la chaire de Génétique et physiologie cellulaire (Prof. Christine Petit) par un séminaire de 1 h 30 donné le 6 février 2014 sur le thème « Prédispositions génétiques aux maladies communes : de la causalité aux facteurs de prédisposition en interaction avec l’environnement ».

Autres enseignements

2Master de physiopathologie cellulaire et moléculaire, module de génétique humaine (M1), université de Strasbourg : « Diagnostic prénatal non-invasif et dépistage préconceptionnel de maladies génétique » ; « Comment détecter la sélection darwinienne au niveau du génome » (4 h, 4/12/2013).

Publications

Articles

3Redin C., Gérard B., Lauer J., Herenger Y., Muller J., Quartier A., Masurel-Paulet A., Willems M., Lesca G., El-Chehadeh S., Le Gras S., Vicaire S., Philipps M., Dumas M., Geoffroy V., Feger C., Haumesser N., Alembik Y., Barth M., Bonneau D., Colin E., Dollfus H., Doray B., Delrue M.-A., Drouin-Garraud V., Flori E., Fradin M., Francannet C., Goldenberg A., Lumbroso S., Mathieu-Dramard M., Martin-Coignard D., Lacombe D., Morin G., Polge A., Sukno S., Thauvin-Robinet C., Thevenon J., Doco-Fenzy M., Genevieve D., Sarda P., Edery P., Isidor B., Jost B., Olivier-Faivre L., Mandel J.-L. et Piton A., « Efficient strategy for the molecular diagnosis of intellectual disability using targeted high-throughput sequencing », Journal of Medical Genetics, 51(11), novembre 2014, 724-736, DOI : 10.1136/jmedgenet-2014-102554.

Piton A., Poquet H., Redin C., Masurel A., Lauer J., Muller J., Thevenon J., Herenger Y., Chancenotte S., Bonnet M., Pinoit J.-M., Huet F., Thauvin-Robinet C., Jaeger A.-S., Le Gras S., Jost B., Gérard B., Peoc’h K., Launay J.-M., Faivre L. et Mandel J.-L., « 20 ans après: a second mutation in MAOA identified by targeted high-throughput sequencing in a family with altered behavior and cognition », European journal of human genetics, EJHG, 22(6), juin 2014, 776-783, DOI : 10.1038/ejhg.2013.243.

Bonnefond A., Philippe J., Durand E., Muller J., Saeed S., Arslan M., Martínez R., De Graeve F., Dhennin V., Rabearivelo I., Polak M., Cavé H., Castaño L., Vaxillaire M., Mandel J.-L., Sand O. et Froguel P., « Highly sensitive diagnosis of 43 monogenic forms of diabetes or obesity through one-step PCR-based enrichment in combination with next-generation sequencing », Diabetes Care, 37(2), février 2014, 460-467, DOI : 10.2337/dc13-0698.

M’hamdi O., Redin C., Stoetzel C., Ouertani I., Chaabouni M., Maazoul F., M’rad R., Mandel J.L., Dollfus H., Muller J. et Chaabouni H., « Clinical and genetic characterization of Bardet-Biedl syndrome in Tunisia: defining a strategy for molecular diagnosis », Clinical Genetics, 85(2), février 2014, 172-177, DOI : 10.1111/cge.12129.

4Publications en coauteur avec les équipes 2, 5 et 6 du groupe de Génétique humaine de l’IGBMC : voir section « Activités de recherche du laboratoire ».

Autres activités

Conférences (sur invitation)

5Clinical Genetics Research Program, Centre for Addiction & Mental Health, University of Toronto (invitation Pr. Anne Bassett), le 5 septembre 2013 : « Complex genetics of intellectual disability: from molecular diagnosis by NGS to improved medical care? ».

16th International Fragile X and Other Early-Onset Disorders Workshop (Adelaide, Australie) du 17 au 20 septembre 2013, 2 conférences et une présentation orale : « The fragile X story viewed from Strasbourg » (17 septembre), « Targeted sequencing of 220 ID genes identifies a high proportion of mutations in 100 patients with undiagnosed ID » (19 septembre), « Scrutinizing the list of existing XLID genes and mutations: XLID genes to be revisited » (20 septembre).

Rencontre éthique : médecine prédictive, à l’Institut de formation en soins infirmiers CHR Haguenau le 10 octobre 2013 : « Que peut-on prédire avec la génétique des maladies rares aux maladies communes ? ».

Inauguration de l’Institut de génétique et développement de Rennes (IGDR), le 11 octobre 2013 : « Maladies monogéniques : de l’identification des gènes aux mécanismes pathologiques et au développement de thérapies, un chemin long et difficile ».

Séance commune Académie des sciences / Académie nationale de médecine, sur le thème « Génome personnel et exercice de la médecine » (Paris), le 12 novembre 2013 : « Aspects médicaux, maladies rares » et participation à la table ronde sur « le génome personnel en pratique médicale : enjeux scientifiques, économiques, et en santé publique ».

Réunion « Scientific Support for Public Health » organisée par le Joint Research Centre de la Commission européenne, le 14 novembre 2013 (Bruxelles) : Intervention : « High through-put sequencing, diagnostic and predictive value for disease predisposition and ethical aspects ».

Journée de la Société de psychiatrie de l’Est : Vulnérabilités – quels enjeux pour la psychiatrie aujourd’hui ? (Strasbourg), le 23 novembre 2013 : « Vulnérabilité et génétique ».

Service de dermatologie du CHU de Strasbourg, le 11 février 2014 : « Utilité de la génétique pour les maladies rares, les maladies communes, les formes extrêmes de maladies communes et les réponses aux médicaments : que peut-on faire actuellement et comment ? (peut-on parler de médecine prédictive ou personnalisée ?) ».

Académie des sciences, séminaire commun avec l’Académie des sciences morales et politiques et l’Académie des Beaux-Arts sur « les limites », Paris le 3 mars 2014 : « Applications médicales du séquençage du génome individuel : quelles (nombreuses) limites ? ».

Audition par le groupe de travail « Génomique » du Comité consultatif national d’éthique (Paris), le 31 mars 2014 : « Dépistage préconceptionnel à l’heure du séquençage d’ADN à très haut débit ».

ELA (European leukodystrophy association) scientific day (Paris) le 4 avril 2014 : « Improvement of the diagnosis for leukodystrophies » (conference et chairman de session).

Annual Meeting of the Swiss Society of Medical Genetics, Lausanne, le 11 avril 2014 : « Intellectual disability (with or without autism): Strategies for diagnosis by NGSeq, efficiency, limitations, usefulness for patients care ».

Réunion « Exomes et maladies pédiatriques », Université Paris-Sud (organisée par J. Melki, P. Bougnères, P. Aubourg) (Paris), le 17 avril 2014 : « Retard mental, autisme : apport du séquençage haut débit en recherche et en diagnostic ».

Académie nationale de médecine (Paris), le 6 mai 2014 : « Les asperges, les gènes, Édouard, Marcel, Jean-Jacques et les autres ».

Groupement hospitalier est (Lyon) : le 15 mai 2014 (invitation Pr. P. Edery) : « Causes monogéniques de déficience intellectuelle (avec ou sans autisme) : du diagnostic moléculaire par séquençage haut-débit au traitement “personnalisé” ? ».

Institut universitaire de France (IUF), Journées scientifiques « Nature ou culture » (Dijon), les 27 et 28 mai 2014 : « Génétique et perception sensorielle fine chez l’homme ».

46^e European Human Genetics Conference (ESHG 2014) à Milan, du 31 mai au 3 juin 2014, Présentation orale sélectionnée de C. Redin et al., « Efficient molecular diagnosis of Intellectual Disability: targeted High throughput exon sequencing of 217 ID genes detects causative mutations in at least 26 of 106 tested patients ».

Réunion de la Société française de biologie clinique (SFBC), Hôpital St-Louis, Paris, le 6 juin 2014 : « NGS en génétique ».

Colloque annuel de l’Association des théologiens pour l’étude de la morale (ATEM) sur « Human enhancement », Strasbourg, le 27 août 2014 : « Améliorer l’homme par la génétique? ».

Conférences et activités grand public

67^e cérémonie des Clés du Lysosome, organisée par l’association Vaincre les maladies lysosomales (VLM), au Collège de France, 18 novembre 2013 : « Analyse du génome et maladies rares ».

4^e forum européen de bioéthique de Strasbourg (FEBS) « Connaître le cerveau, maîtriser les comportements », du 27 janvier au 1^er février 2014 : Président et cofondateur du FEBS avec Pr. I. Nisand ; participation à deux rencontres-débats sur « Le cerveau a-t-il un sexe ? » et « L’Art et la dépression ».

Colloque familles/chercheurs de l’Association européenne contre les leucodystrophies (ELA) (Paris), le 5 avril 2014 : « Amélioration du diagnostic des leucodystrophies » (avec C. Redin).

Centre Léon Bérard (Lyon), le 16 mai 2014 : « Les asperges, les gènes, Édouard, Marcel, Jean-Jacques et les autres ».

Rencontre chercheurs et malades (maladies rares) dans le cadre des 50 ans de l’Inserm (IGBMC), le 23 mai 2014 : « Stratégies de recherches sur les maladies rares ».

Rencontres du Collège de France (Paris), le 27 mai 2014 : « Les asperges, les gènes, Édouard, Marcel, Jean-Jacques et les autres ».

Séminaires de vulgarisation à l’IGBMC (Illkirch), le 27 juin 2014 : « Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur les maladies génétiques, sans jamais oser le demander ».

Responsabilités

7Jean-Louis Mandel est membre du conseil d’administration de la Fondation Jean Dausset – Centre d’étude du polymorphisme humain (Paris) et du conseil scientifique de la fondation ELA (European Leucodystrophy Association). Il est représentant du Collège de France au conseil scientifique de la Fondation Louis Jeantet (Genève). Il a été nommé en 2012 membre (chaire de génétique humaine) de l’Institute of Advanced Study de l’Université de Strasbourg (USIAS) et en 2013 membre du comité d’éthique de l’UNAPEI (Union nationale des associations de parents, de personnes handicapées mentales).

Activités de recherche du laboratoire

8Le groupe de recherche en génétique humaine rattaché à la chaire fait partie du département de Médecine translationnelle et neurogénétique de l’IGBMC (institut de Génétique et biologie moléculaire et cellulaire, UMR 7104 du CNRS, Inserm U 964 et université de Strasbourg). Il se consacre à l’étude des mécanismes génétiques et physiopathologiques de maladies monogéniques neurologiques ou musculaires. Des aspects de recherche clinique sont développés avec le laboratoire de diagnostic génétique du CHU de Strasbourg, dirigé par J.-L. Mandel.

9Liste des équipes et thématiques :

1) Mécanismes génétiques de maladies neurodéveloppementales responsables de déficiences intellectuelles (J.-L. Mandel).

a) Fonction de la protéine FMRP, déficiente dans le syndrome de retard mental avec X fragile (avec Hervé Moine, DR2 CNRS).

b) Hétérogénéité génétique extrême de la déficience intellectuelle (avec ou sans autisme), applications diagnostiques et aux études des phénotypes, et approches visant à expliquer le biais de sexe (avec Amélie Piton et Jean Muller, MCU-PH).

c) Mécanismes du syndrome de Coffin-Lowry (retard mental syndromique lié au chromosome X) impliquant la protéine kinase Rsk2 (André Hanauer, MCU, projet se terminant).

2) Mécanismes physiopathologiques de maladies neuromusculaires (Jocelyn Laporte, DR1 Inserm).

3) Mécanismes moléculaires de toxicité d’ARNs avec expansions de répétitions tri- ou tétranucléotidiques (myotonies dystrophiques et syndrome FXTAS) (Nicolas Charlet-Berguerand, DR2 INSERM, lauréat en 2012 d’un « ERC starting grant » du Conseil européen de la recherche).

4) Mécanismes physiopathologiques et stratégies thérapeutiques de l’ataxie de Friedreich et d’autres ataxies récessives liées à des déficits mitochondriaux (Hélène Puccio, DR2 Inserm, lauréate d’un « ERC starting grant » du Conseil européen de la recherche).

5) Identification de nouveaux gènes impliqués dans des formes d’ataxies récessives, épidémiologie moléculaire et études de corrélation génotype/phénotype dans cette pathologie (Michel Koenig, PU-PH) (projet transféré au CHU de Montpellier au 1^er septembre 2013).

6) Mécanismes pathogéniques des maladies neurodégénératives causées par des expansions de polyglutamine, dont la maladie de Huntington et l’ataxie spinocérébelleuse de type 7 (Yvon Trottier, DR2 INSERM).

1) Mécanismes génétiques et maladies neurodéveloppementales responsables de déficiences intellectuelles

Équipe dirigée par Jean-Louis Mandel

1a) Syndrome de retard mental avec chromosome X fragile et fonction de la protéine FMRP

Avec Hervé Moine, DR2 CNRS

10Le syndrome X-fragile (FXS) représente la cause monogénique la plus fréquente de déficience intellectuelle et d’autisme. Le FXS résulte d’une expansion instable de répétitions CGG dans le gène FMR1, entraînant sa répression transcriptionnelle. FMR1 code pour la protéine FMRP (Fragile X Mental Retardation Protein) qui lie des ARN messagers cibles au sein de complexes ribonucléoprotéiques associés aux polysomes. Dans les neurones de souris modèle du FXS, l’absence de FMRP provoque un excès de signalisation de récepteurs métabotropiques au glutamate (notamment mGluR5) perturbant des mécanismes de plasticité synaptique. La fonction exacte de FMRP dans cette voie reste cependant mal comprise. Face à l’absence de traitement efficace (notamment après les espoirs déçus des essais cliniques avec les antagonistes de mGlur5) il apparaît essentiel de comprendre plus précisément la fonction de FMRP dans les neurones pour identifier de nouvelles cibles thérapeutiques. Dans ce but, nous avons identifié l’ensemble des ARNm neuronaux les plus touchés par l’absence de FMRP en utilisant une approche de pontage et immuno-précipitation (CLIP) sur des cultures de neurones corticaux du modèle murin de l’X-fragile. Cette approche nous a permis de mettre en évidence une spécificité de liaison de FMRP pour un ARNm particulier beaucoup plus forte que pour les ARNm cibles précédemment identifiés. Nous analysons dans le modèle souris la contribution de l’expression de cet ARNm dans les mécanismes de plasticité synaptique.

11Dans le cadre d’une ANR (collaboration avec l’équipe du Dr B. Bardoni, IPMC Sophia-Antipolis, du Dr E. Ennifar, IBMC Strasbourg, et du Dr C. Gaspin, INRA Toulouse), une étude de l’interaction entre la protéine FMRP et le motif d’ARN « SoSLIP » (Sod1 mRNA Stem Loops Interacting with FMRP) est réalisée. L’interaction de FMRP avec le motif d’ARN « SoSLIP » a révélé précédemment (Bechara et al., 2009) un rôle de FMRP dans la modulation positive de la traduction de l’ARNm Sod1 (superoxyde dismutase 1) pouvant expliquer la plus grande sensibilité au stress oxidatif du modèle souris FXS. Notre projet vise à déchiffrer le rôle de FMRP comme modulateur traductionnel en déterminant l’organisation tridimensionnelle du complexe SoSLIP/FMRP et de son organisation avec les différents acteurs de la traduction (polyribosomes et facteurs de régulation de la traduction) en identifiant les protéines interactrices et modulatrices du motif SoSLIP. En parallèle, une étude bioinformatique vise à identifier l’ensemble des ARNm contenants des motifs SoSLIP et à les valider expérimentalement.

1b) Hétérogénéité génétique extrême de la déficience intellectuelle (avec ou sans autisme), applications diagnostiques et aux études des phénotypes, et approches visant à expliquer le biais de sexe

Avec Amélie Piton et Jean Muller, MCU-PH

12La déficience intellectuelle (souvent associé à l’autisme) représente un problème majeur de santé publique, affectant 1 à 2 % de la population. Les causes génétiques (monogéniques, anomalies chromosomiques ou CNV affectant un segment de chromosome) paraissent prédominantes, au moins pour les formes sévères, en plus de causes environnementales et probablement de causes dites « multifactorielles ». Les causes monogéniques apparaissent d’une hétérogénéité extrême : les études très récentes utilisant des stratégies de séquençage à haut débit suggèrent que plus de 500 gènes pourraient être impliqués dans des formes autosomiques dominantes (par mutations de novo), autosomiques récessives ou liées au chromosome X. Cette complexité rend difficiles les applications aux besoins de diagnostic des patients et de leur famille, et il reste un travail considérable pour évaluer la contribution des mutations dans les gènes déjà connus, et les conséquences phénotypiques de ces mutations. Nous avons initié en 2012 le développement d’une stratégie de capture et séquençage des exons de 217 gènes (dont près de cent portés par le chromosome X), antérieurement identifiés dans des formes de déficience intellectuelle (DI), avec ou sans autisme. Des résultats très prometteurs ont été obtenus pour les 106 premiers patients analysés, car nous avons identifié chez 25 % d’entre eux des mutations certainement causales (Redin et al., 2014). Cette approche nous a permis de valider certains gènes (MAOA, MED13L), dont l’implication n’était basée que sur l’observation de mutations dans une seule famille, et de montrer que certains gènes tels que TCF4 et DYRK1A étaient retrouvés mutés de manière récurrente. En particulier, nous avons identifié un faux-sens pathogène dans le gène MAOA chez un patient et ses deux oncles avec autisme, troubles majeurs du comportement et déficience intellectuelle de sévérité variable. Ce faux-sens qui affecte sévèrement la fonction de l’enzyme MAOA représentait la première mutation décrite dans ce gène depuis la publication initiale portant sur une seule famille avec un phénotype similaire, en 1993 (Piton et al., 2014). L’analyse des données de ce projet nous a également permis de mettre en doute l’implication dans les troubles cognitifs de deux gènes précédemment publiés comme impliqués dans des formes liées au X d’anomalies neurodéveloppementales (SRPX2 et SHROOM4). Une analyse critique et systématique de la littérature et de la base de données de variants du génome « Exome Variant Server » nous a permis de remettre en cause l’implication d’une dizaine de gènes précédemment publiés comme étant impliqués dans la déficience intellectuelle liée au chromosome X (Piton et al., 2013)). Cette stratégie a été transférée pour une bonne part au laboratoire de diagnostic génétique du CHU de Strasbourg en 2014, et a suscité un très grand intérêt de la part de nombreux généticiens cliniciens en France et à l’étranger (sélection pour présentations orales au congrès de l’American Society of Human Genetics à Boston en octobre 2013, et à celui de l’European Sociéty of Human Genetics à Milan en juin 2014). Nous avons amplifié cette étude avec une version 2 du panel de capture (275 gènes) testée sur 200 patients. Les résultats en cours d’analyse confirment l’efficacité diagnostique de notre approche, avec un coût moindre que la stratégie de réalisation d’exomes en trio (patient et ses deux parents).

13L’hétérogénéité génétique de la DI rend très complexe la détermination, pour chaque cause génétique précise, de la corrélation génotype-phénotype, de l’histoire naturelle et de la variabilité de l’expression clinique. Des traitements symptomatiques pour des comorbidités, comme le déficit d’attention, le comportement agressif ou l’épilepsie, seront proposés avec des possibilités limitées d’évaluer leur efficacité et les possibles effets indésirables sévères. Si, pour un gène donné, le mécanisme pathologique impliqué suggère une stratégie thérapeutique utilisant un médicament disponible, il sera très difficile de recruter suffisamment de patients partageant le même défaut génétique pour les essais cliniques, à l’exception des causes les plus communes. Alors que le besoin de bases de données cliniques permettant un suivi longitudinal est reconnu, il est difficile et couteux d’établir et de maintenir toutes les bases de données spécifiques qui seraient nécessaires. Nous avons entrepris de développer un modèle alternatif de base de donnée pour les DI d’origine génétique, organisé sous la forme d’un réseau social, dans lequel la plupart des informations cliniques seront entrées par la famille du patient, sur la base de questionnaires établis par des professionnels mais compréhensible par les familles (plusieurs traductions pour une participation internationale). En particulier, nous souhaitons acquérir des informations pertinentes pour une prise en charge médicale personnalisée sur les risques de complications pathologiques spécifiques, et sur de potentiels effets iatrogènes de traitements symptomatiques. Des exemples récents ont montré que les informations médicales communiquées par les patients peuvent être la base de recherches utiles. Des contacts entre familles affectées par une même cause génétique pourront être établis, initialement de manière anonyme, créant des réseaux sociaux spécifiques pour chaque gène/CNV auxquels les professionnels intéressés pourraient être associés. Les données anonymes seront accessibles aux professionnels pour des projets spécifiques approuvés par un comité (en cours de constitution) composé de professionnels de la recherche et de la santé, de représentants d’associations de patients et de bio-éthiciens. Ce projet a été présenté et retenu (un des 16 sur 63 présentés) à l’appel à projets de RaDiCo (Rare Risease Cohorts), un programme national dans le cadre des « investissements d’avenir ») et a pu être initié, en collaboration avec des informaticiens de l’université de Strasbourg (notamment les Drs A. Deruyver et P. Parrend), grâce à la dispense d’enseignement au Collège pour l’année universitaire 2013-14 et à un soutien financier de l’Institut d’études avancées de l’université de Strasbourg (USIAS).

14Nous avons poursuivi dans le cadre d’un projet ANR une approche visant à tester l’hypothèse d’un rôle des androgènes agissant en période prénatale et néonatale sur le fœtus masculin dans le biais de sexe observé dans le retard mental (1,4 garçons pour une fille) et surtout dans l’autisme (4 garçons pour une fille). Nous explorons les gènes cibles de la régulation transcriptionnelle par les androgènes et le récepteur aux androgènes dans des cellules souches neurales humaines (fournies par le laboratoire du Pr Marc Pechanski, iSTEM Évry). Nous utilisons les stratégies de RNAseq et ChIPseq pour générer les listes de cibles potentielles, qui seront comparées aux listes de gènes impliqués dans la déficience intellectuelle et l’autisme, et nous poursuivrons l’étude des gènes les plus prometteurs. Les résultats préliminaires suggèrent que l’effet transcriptionnel des androgènes dans ces cellules est assez limité.

15Comme par le passé, nous avons été impliqués dans des collaborations impliquant les équipes des Prs. Hélène Dollfus (sur le syndrome de Bardet-Biedl), et Michel Koenig, et du Dr Jocelyn Laporte, impliquant des stratégies de séquençage à haut-débit.

16Publications : voir plus haut, et dans sections équipes 2, 5 et 6.

Publications complémentaires1

Schaefer E., Lauer J., Durand M., Pelletier V., Obringer C., Claussmann A., Braun J.-J., Redin C., Mathis C., Muller J., Schmidt-Mutter C., Flori E., Marion V., Stoetzel C. et Dollfus H., « Mesoaxial polydactyly is a major feature in Bardet-Biedl syndrome patients with LZTFL1 (BBS17) mutations », Clinical Genetics, 85(5), 2014, 476-481, DOI : 10.1111/cge.12198.

Scheidecker S., Etard C., Pierce N.W., Geoffroy V., Schaefer E., Muller J., Chennen K., Flori E., Pelletier V., Poch O., Marion V., Stoetzel C., Strähle U., Nachury M.V. et Dollfus H., « Exome sequencing of Bardet-Biedl syndrome patient identifies a null mutation in the BBSome subunit BBIP1 (BBS18) », Journal of Medical Genetics, 51(2), 2014, 132-136, DOI : 10.1136/jmedgenet-2013-101785.

1c) Syndrome de Coffin-Lowry et kinase RSK2

André Hanauer, MCU

18Ce projet se termine, en raison du départ à la retraite du Dr Hanauer au 31 décembre 2014. Il a fait l’objet d’une dernière publication sur le modèle souris du syndrome de Coffin-Lowry.

19Laugel-Haushalter V., Paschaki M., Marangoni P., Pilgram C., Langer A., Kuntz T., Demassue J., Morkmued S., Choquet P., Constantinesco A., Bornert F., Schmittbuhl M., Pannetier S., Viriot L., Hanauer A., Dollé P. et Bloch-Zupan A., « RSK2 is a modulator of craniofacial development », PloS One, 9(1), 2014, e84343, DOI : 10.1371/journal.pone.0084343.

2) Physiopathologie des maladies neuromusculaires

Équipe dirigée par Jocelyn Laporte

20Les myopathies congénitales sont des maladies génétiques rares très sévères et handicapantes. 40 % des patients n’ont pas de diagnostic moléculaire, ce qui empêche un conseil génétique et une meilleure prise en charge. De plus, le défaut de compréhension des mécanismes pathologiques et le manque d’animaux modèles fidèles freinent le développement d’approches thérapeutiques. Les projets sont répartis en trois axes afin d’identifier de nouveaux gènes de myopathies, de caractériser les mécanismes pathologiques et de valider des approches pré-cliniques dans des modèles animaux fidèles.

Identification de nouveaux gènes de myopathies et diagnostic génétique

21Nous avons validé le séquençage et l’analyse d’exomes à partir de patients avec myopathies congénitales et identifié le premier gène impliqué dans les myopathies à agrégats tubulaires (STIM1 ; Bohm et al., 2013a), ainsi que plusieurs maladies alléliques ou un nouveau mode de ségrégation dus à des mutations des gènes BIN1 (amphiphysine ; Bohm et al., sous presse), DNM2 (dynamine ; Koutsopoulos et al., 2013) et TTN (titine ; Ceyhan et al., 2013). En collaboration, nous avons précisé les corrélations génotype-phénotype-histopathologie pour différentes myopathies congénitales dues à des mutations dans les gènes MTM1, BIN1, DNM2, TPM3, MYH7, NEB, TTN (Bohm et al., 2013b ; Echaniz et al., 2013 ; Shichiji et al., 2013 ; Malfatti et al., 2013 et 2014 ; Romero et al., 2014 ; Palmio et al., 2014 ; North et al., 2014). Nous avons aussi développé et validé de nouvelles approches de diagnostic moléculaire pour toutes les myopathies par séquençage haut débit, par capture ciblée des  140 gènes de myopathies et par exome (Bohm et al., 2013c). Ces applications sont en transfert au laboratoire de diagnostic (Pr J.-L. Mandel) au CHU de Strasbourg.

Caractérisation des mécanismes cellulaires et physiopathologiques

22Nous avons précisé les voies cellulaires régulées par les myotubularines (MTM) dont plusieurs membres sont mutés dans la myopathie myotubulaire (MTM1) ou la neuropathie de Charcot-Marie-Tooth (MTMR2, MTMR13). La protéine MTM1 régule notamment le remodelage membranaire aux triades (Amoasii et al., 2013) ainsi que l’autophagie dans les fibres musculaires (Al-Qusairi et al., 2013), et ces voies sont défectueuses dans la myopathie myotubulaire, et donc celle des cibles thérapeutiques potentielles. MTM1 hétérodimerise avec son homologue MTMR12, et la perte de MTMR12 mène à une myopathie chez le poisson-zèbre (Gupta et al., 2013), suggérant que ce complexe est important pour le bon fonctionnement du muscle. De plus, MTM1 lie l’amphiphysine 2 (BIN1 ; Royer et al., 2013), mutée dans la myopathie centronucléaire, et nous montrons que BIN1 est aussi impliquée dans le remodelage membranaire aux triades (Bohm et al., 2013b).

Modèles animaux et approches pré-cliniques pour les myopathies centronucléaires

23En plus de la création et de la caractérisation de modèles poissons ou murins de différentes myopathies centronucléaires, nous avons identifié au niveau génétique deux modèles canins pour la myopathie myotubulaire en 2010, et récemment pour la myopathie centronucléaire récessive (Bohm et al., 2013b). Ces modèles sont inestimables pour des études pré-cliniques. Nous avons aussi fait l’hypothèse que les protéines MTM1 et DNM2, mutées respectivement dans les myopathies myotubulaire et centronucléaire, fonctionnaient dans une même voie ; la diminution du niveau de DNM2 dans un modèle murin Mtm1 KO de myopathie myotubulaire retarde et améliore grandement la faiblesse musculaire et les défauts structuraux, suggérant que la DNM2 est une cible thérapeutique (Cowling et al., 2014).

Publications

24Al-Qusairi L., Prokic I., Amoasii L., Kretz C., Messaddeq N., Mandel J.-L. et Laporte J., « Lack of myotubularin (MTM1) leads to muscle hypotrophy through unbalanced regulation of the autophagy and ubiquitin-proteasome pathways », FASEB journal, 27(8), 2013, 3384-3394, DOI : 10.1096/fj.12-220947.

Böhm J.*, Biancalana V.*, Malfatti E., Dondaine N., Koch C., Vasli N., Kress W., Strittmatter M., Taratuto A.L., Gonorazky H., Laforêt P., Maisonobe T., Olivé M., Gonzalez-Mera L., Fardeau M., Carrière N., Clavelou P., Eymard B., Bitoun M., Rendu J., Fauré J., Weis J., Mandel J.-L., Romero N.B. et Laporte J., « Adult-onset autosomal dominant centronuclear myopathy due to BIN1 mutations », Brain, 137(12), 2014, 3160-3170, DOI : 10.1093/brain/awu272.

Ceyhan-Birsoy O., Agrawal P.B., Hidalgo C., Schmitz-Abe K., DeChene E.T., Swanson L.C., Soemedi R., Vasli N., Iannaccone S.T., Shieh P.B., Shur N., Dennison J.M., Lawlor M.W., Laporte J., Markianos K., Fairbrother W.G., Granzier H. et Beggs A.H., « Recessive truncating titin gene, TTN, mutations presenting as centronuclear myopathy », Neurology, 81(14), 2013, 1205-1214, DOI : 10.1212/WNL.0b013e3182a6ca62.

Cowling B.S., Chevremont T., Prokic I., Kretz C., Ferry A., Coirault C., Koutsopoulos O., Laugel V., Romero N.B. et Laporte J., « Reducing dynamin 2 expression rescues X-linked centronuclear myopathy », The Journal of Clinical Investigation, 124(3), 2014, 1350-1363, DOI : 10.1172/JCI71206.

Echaniz-Laguna A., Biancalana V., Böhm J., Tranchant C., Mandel J.-L. et Laporte J., « Adult centronuclear myopathies: A hospital-based study », Revue neurologique, 169(8-9), 2013, 625-631, DOI : 10.1016/j.neurol.2012.12.006.

Jungbluth H., Wallgren-Pettersson C., Laporte J.F. et Centronuclear (Myotubular) myopathy Consortium, « 198th ENMC International Workshop: 7th Workshop on Centronuclear (Myotubular) myopathies, 31st May - 2nd June 2013, Naarden, The Netherlands », Neuromuscular disorders, 23(12), 2013, 1033-1043, DOI : 10.1016/j.nmd.2013.08.006.

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Malfatti E., Lehtokari V.-L., Böhm J., De Winter J.M., Schäffer U., Estournet B., Quijano-Roy S., Monges S., Lubieniecki F., Bellance R., Viou M.T., Madelaine A., Wu B., Taratuto A.L., Eymard B., Pelin K., Fardeau M., Ottenheijm C.A.C., Wallgren-Pettersson C., Laporte J. et Romero N.B., « Muscle histopathology in nebulin-related nemaline myopathy: ultrastrastructural findings correlated to disease severity and genotype », Acta Neuropathologica Communications, 2, 2014, 44, DOI : 10.1186/2051-5960-2-44.

North K.N., Wang C.H., Clarke N., Jungbluth H., Vainzof M., Dowling J.J., Amburgey K., Quijano-Roy S., Beggs A.H., Sewry C., Laing N.G. Bönnemann C.G. et International Standard of Care Committee for Congenital Myopathies (incluant Biancalana V. et Laporte J.), « Approach to the diagnosis of congenital myopathies », Neuromuscular Disorders, 24(2), 2014, 97-116, DOI : 10.1016/j.nmd.2013.11.003.

Palmio J., Evilä A., Chapon F., Tasca G., Xiang F., Brådvik B., Eymard B., Echaniz-Laguna A., Laporte J., Kärppä M., Mahjneh I., Quinlivan R., Laforêt P., Damian M., Berardo A., Taratuto A.L., Bueri J.A., Tommiska J., Raivio T., Tuerk M., Gölitz P., Chevessier F., Sewry C., Norwood F., Hedberg C., Schröder R., Edström L., Oldfors A., Hackman P. et Udd B., « Hereditary myopathy with early respiratory failure: occurrence in various populations », Journal of Neurology, Neurosurgery, and Psychiatry, 85(3), 2014, 345-353, DOI : 10.1136/jnnp-2013-304965.

Prokic I., Cowling B.S. et Laporte J., « Amphiphysin 2 (BIN1) in physiology and diseases », Journal of Molecular Medicine, 92(5), 2014, 453-463, DOI : 10.1007/s00109-014-1138-1.

Romero N.B., Xie T., Malfatti E., Schaeffer U., Böhm J., Wu B., Xu F., Boucebci S., Mathis S., Neau J.-P., Monnier N., Fardeau M. et Laporte J., « Autosomal dominant eccentric core disease caused by a heterozygous mutation in the MYH7 gene », Journal of Neurology, Neurosurgery, and Psychiatry, 85(10), 2014, 1149-1152, DOI : 10.1136/jnnp-2013-306754.

Royer B., Hnia K., Gavriilidis C., Tronchère H., Tosch V. et Laporte J., « The myotubularin-amphiphysin 2 complex in membrane tubulation and centronuclear myopathies », EMBO reports, 14(10), 2013, 907-915, DOI : 10.1038/embor.2013.119.

Spiegelhalter C., Laporte J.F. et Schwab Y., « Correlative light and electron microscopy: from live cell dynamic to 3D ultrastructure », Methods in Molecular Biology, 1117, 2014, 485-501, DOI : 10.1007/978-1-62703-776-1_21.

3) Étude des bases moléculaires des syndromes à ARN toxiques : exemple des dystrophies myotoniques et du syndrome de tremblement et ataxie associé à l’X fragile

Nicolas Charlet-Berguerand, avec Chantal Sellier, ATER du Collège de France

25Notre équipe étudie des maladies génétiques causées par des mutations situées dans des régions non codantes du génome. Nous nous intéressons plus particulièrement à deux maladies, les dystrophies myotoniques (DM) et le syndrome de tremblement et ataxie associé à l’X fragile (FXTAS).

26a) Le syndrome FXTAS est une maladie neurodégénérative de survenue tardive qui touche les grands-parents (essentiellement masculins) d’enfants atteints du syndrome de retard mental de l’X fragile. Cette maladie génétique est due à l’accumulation d’un ARN messager du gène FMR1 contenant entre 50 et 200 répétitions CGG (correspondant à la pré-mutation du gène, par rapport à la mutation complète causale du retard mental de l’X fragile) qui séquestrent des protéines encore mal identifiées. Nous avons montré précédemment que les agrégats d’ARN contenant ces répétitions CGG séquestraient le facteur d’épissage SAM68 et les protéines DROSHA-DGCR8, conduisant ainsi à des altérations spécifiques de l’épissage et de la synthèse des microARNS chez les patients atteints de FXTAS (Sellier et al., 2010 ; Sellier et al., 2013). De plus, en collaboration avec l’équipe du Professeur Peter Todd (Ann Harbor, États-Unis), nous avons récemment démontré que ces répétitions CGG sont aussi codantes en une petite protéine riche en glycine, et ceci de par un mécanisme rare d’initiation de la traduction (Todd et al., 2013). Nous poursuivons ces travaux pour clarifier les mécanismes moléculaires et cellulaires responsables de la mort neuronale chez les patients FXTAS. Dans ce but, nous avons établi de nouveaux modèles cellulaires iPS différenciées en neurones (collaboration avec l’équipe de Cécile Martinat, I-stem, Paris).

27b) Les dystrophies myotoniques (DM) sont les formes adultes les plus communes de dystrophies musculaires. Elles sont causées soit par des expansions de répétitions des nucléotides CTG dans la partie 3’UTR du gène DMPK (dystrophie myotonique de type 1, DM1), soit par l’expansion de répétitions des nucléotides CCTG dans le premier intron du gène CNBP (dystrophie myotonique de type 2, DM2). Ces répétitions CTG ou CCTG sont transcrites et s’accumulent sous forme d’ARN mutés contenant ces longues répétitions. Il est désormais établi que ces ARN sont pathogéniques par un mécanisme de titration d’une protéine liant les ARN de type CUG et CCUG, la protéine Muscleblind (MBNL1). En effet, l’invalidation du gène Mbnl1 chez la souris reproduit les symptômes des dystrophies myotoniques. MBNL1 est un facteur d’épissage et sa séquestration conduit à des altérations de l’épissage alternatif d’ARNs pré-messagers spécifiques. Ainsi, en collaboration avec l’équipe de Nicolas Sergeant (INSERM, Lille), nous avons récemment montré que l’épissage de l’ARN MAPT est dérégulé dans le cerveau de patients atteints de dystrophies myotoniques (Carpentier et al., 2014). De plus, par des approches de séquençage d’ARN, nous avons identifié une altération spécifique de l’épissage alternatif du canal sodium cardiaque (SCN5A). Il s’agit d’une cible prometteuse car des mutations de ce gène sont responsables du syndrome de Brugada, caractérisé par des arythmies cardiaque fatales. Il est à noter que l’incidence du syndrome de Brugada est 50 fois supérieure chez les patients atteints de dystrophies myotoniques que dans la population normale. Nos résultats montrent que l’épissage de SCN5A est régulé par le facteur MBNL1, expliquant ainsi l’altération de SCN5A chez les patients DM. Des mesures électrophysiologies montrent que la forme d’épissage de SCN5A exprimée chez les patients atteints de DM présente une conductance altérée qui pourrait expliquer les troubles du rythme cardiaque caractéristiques de ces patients. Nous souhaitons confirmer ces résultats dans un modèle de souris transgénique exprimant la « forme DM » de SCN5A. Enfin, nous avons identifié une nouvelle protéine, rbFOX, se liant spécifiquement aux répétitions CCUG (cause de DM2) et non aux répétitions ARN CUG (cause de DM1). Pour des raisons encore inexpliquées, les patients DM2 présentent un tableau clinique moins sévère que les patients DM1. Nos résultats montrent que rbFOX et MBNL1 sont en compétition pour lier les répétitions d’ARN CCUG ; la fixation de rbFOX conduisant donc à une moindre séquestration de MBNL1, cette compétition pourrait expliquer la moindre sévérité de la DM2 comparée à la DM1. Nous souhaitons valider cette hypothèse dans un modèle murin exprimant des répétitions CCUG.

Publications

28Buijsen R.A., Sellier C., Severijnen L.-A.W., Oulad-Abdelghani M., Verhagen R.F., Berman R.F., Charlet-Berguerand N., Willemsen R. et Hukema R.K., « FMRpolyG-positive inclusions in CNS and non-CNS organs of a fragile X premutation carrier with fragile X-associated tremor/ataxia syndrome », Acta Neuropathologica Communications, 2(1), 2014, 162, DOI : 10.1186/s40478-014-0162-2.

Carpentier C., Ghanem D., Fernandez-Gomez F.J., Jumeau F., Philippe J.V., Freyermuth F., Labudeck A., Eddarkaoui S., Dhaenens C.M., Holt I., Behm-Ansmant I., Marmier-Gourrier N., Branlant C., Charlet-Berguerand N., Marie J., Schraen-Maschke S., Buée L., Sergeant N. et Caillet-Boudin M.L., « Tau exon 2 responsive elements deregulated in myotonic dystrophy type I are proximal to exon 2 and synergistically regulated by MBNL1 and MBNL2 », Biochimica Et Biophysica Acta, 1842(4), 2014, 654-664, DOI : 10.1016/j.bbadis.2014.01.004.

Falcone S., Roman W., Hnia K., Gache V., Didier N., Lainé J., Auradé F., Marty I., Nishino I., Charlet-Berguerand N., Romero N.B., Marazzi G., Sassoon D., Laporte J. et Gomes E.R., « N-WASP is required for Amphiphysin-2/BIN1-dependent nuclear positioning and triad organization in skeletal muscle and is involved in the pathophysiology of centronuclear myopathy », EMBO molecular medicine, 6(11), 2014, 1455-1475, DOI : 10.15252/emmm.201404436.

Sellier C. et Charlet-Berguerand N., « FXTAS: Size does matter! », Cell Cycle, 13(21), 2014, 3319, DOI : 10.4161/15384101.2014.972920.

Sellier C., Hwang V.J., Dandekar R., Durbin-Johnson B., Charlet-Berguerand N., Ander B.P., Sharp F.R., Angkustsiri K., Simon T.J. et Tassone F., « Decreased DGCR8 expression and miRNA dysregulation in individuals with 22q11.2 deletion syndrome », PloS One, 9(8), 2014, e103884, DOI : 10.1371/journal.pone.0103884.

Sellier C., Usdin K., Pastori C., Peschansky V.J., Tassone F. et Charlet-Berguerand N., « The multiple molecular facets of fragile X-associated tremor/ataxia syndrome », Journal of Neurodevelopmental Disorders, 6(1), 2014, 23, DOI : 10.1186/1866-1955-6-23 [Epub  30 juillet 2014].

4) Pathophysiologie des ataxies récessives liées à une dysfonction mitochondriale

Équipe dirigée par Hélène Puccio, DR2 Inserm

29Notre équipe s’intéresse aux mécanismes physiopathologiques d’ataxies récessives liées à un déficit mitochondrial ainsi qu’à la fonction normale des protéines déficientes. Nous combinons des approches in vivo par la construction et l’étude de modèles murins et de modèles cellulaires, avec des approches biochimiques in vitro, pour développer à terme des approches thérapeutiques. Par l’étude de ces ataxies héréditaires, nous nous intéressons plus particulièrement à deux voies mitochondriales essentielles, la biogénèse des noyaux Fe-S et la biogénèse du Coenzyme Q10.

Développement d’une approche de thérapie génique pour l’ataxie de Friedreich

30L’ataxie de Friedreich (AF), la plus fréquente des ataxies héréditaires, est caractérisée par une dégénérescence spinocérébelleuse et une cardiomyopathie hypertrophique. Elle est due à la diminution quantitative d’une protéine mitochondriale, la frataxine. Nous avons créé des modèles souris de l’AF par inactivation conditionnelle spatio-temporelle du gène de la frataxine qui reproduisent l’essentiel des caractéristiques physiopathologiques et biochimiques de la pathologie humaine. Nous avons développé une approche de thérapie génique en injectant un virus AAV (adeno-associated virus) exprimant la frataxine dans le modèle murin « MCK » développant la pathologie cardiaque (Perdomini et al., 2014). Dans un premier temps, nous avons traité une cohorte de souris MCK à 3 semaines d’âge par une injection intraveineuse de 5×10¹³ vecteur génomes/kg du vecteur thérapeutique AAVrh10.CAG-hFXN, exprimant la frataxine humaine (hFXN) sous un promoteur fort et ubiquitaire. Ce traitement pré-symptomatique a permis non seulement de prévenir le développement de la cardiomyopathie, mais aussi toutes les anomalies cellulaires et biochimiques jusqu’à 35 semaines d’âge (sacrifice de la cohorte pour analyses histologiques, biochimiques et moléculaires) et au-delà de un an (pour un petit nombre de souris). De façon spectaculaire, le traitement des souris MCK à 7 semaines, en condition d’insuffisance cardiaque avancée, a permis une correction progressive de la fonction contractile, du débit cardiaque et du remodelage du ventricule gauche entre 7 et 14 semaines jusqu’à sa normalisation, puis sa stabilisation complète jusqu’à 22 semaines. La nette amélioration de la fonction cardiaque vue par échocardiographie, seulement une semaine après l’administration du vecteur, a été corrélée avec une expression substantielle de hFXN, la correction partielle de l’ultrastructure des sarcomères et des mitochondries, ainsi que l’augmentation puis la correction de l’activité des enzymes à centre Fe-S. De même, les biomarqueurs relatifs à l’hypertrophie cardiaque, à la signalisation neuro-hormonale, à la fibrose et au cycle du calcium ont tous été normalisés progressivement dans les semaines suivant le traitement. Aucun phénomène de toxicité cardiaque ou périphérique associé au traitement et à la surexpression de la hFXN n’a été mis en évidence. Ces résultats démontrent pour la première fois une réversion complète du phénotype cardiaque et biochimique dans un modèle murin de l’AF par une approche de thérapie génique. Notre étude établit la preuve de concept de la pertinence et de l’efficacité de la thérapie génique in vivo pour le traitement de la cardiomyopathie associée à l’AF, non seulement en préventif, mais surtout en curatif. De plus, nos résultats indiquent que les cellules déficientes en FXN peuvent être corrigées même à un stade très avancé d’altérations biochimiques, structurales et fonctionnelles, démontrant une plasticité importante des cellules cardiaques. Nous supposons que cet efficacité thérapeutique repose à la fois sur la rapidité d’expression de la hFXN thérapeutique induite par le vecteur AAVrh10 ainsi qu’à la nature hautement dynamique des mitochondries dont le turnover est très rapide, permettant une sélection rapide des mitochondries fonctionnellement corrigées. Cette possibilité de correction des cellules cardiaques est particulièrement importante dans un contexte clinique, puisque les patients ne seront pas traités en pré-symptomatique dans les premiers essais. Ces études ont fait l’objet d’un dépôt de brevet par l’Inserm Transfert, ainsi que la création de AAVLIFE, une start-up française dédiée à la thérapie génique pour l’ataxie de Friedreich, dont le but est de mener vers la clinique les études fondamentales.

ARCA2 : une ataxie cérébelleuse liée à un déficit en coenzyme Q10

31ARCA2 (autosomal recessive cerebellar ataxie type 2) est une ataxie récessive associée à un déficit en coenzyme Q10 (CoQ10). Les patients présentent une ataxie cérébelleuse modérée débutant avant l’adolescence et une atrophie cérébelleuse. Par ailleurs, certains patients montrent une intolérance à l’exercice, des troubles cognitifs et la présence de crises épileptiques. Des mutations dans le gène codant pour ADCK3 sont à la base de cette maladie. ADCK3 est une putative-kinase mitochondriale atypique probablement impliquée dans la régulation de la synthèse du coenzyme Q10, un lipide essentiel au transport d’électrons dans la chaîne respiratoire mitochondriale. Afin d’étudier le rôle de ce gène in vivo et de créer un modèle pour cette maladie, nous avons généré un modèle murin par recombinaison homologue. Ces souris développent une ataxie cérébelleuse progressive due à une dégénérescence spécifique des cellules de Purkinje du cervelet avec défaut ultrastructural de l’appareil de Golgi. Ces souris montrent des anomalies mitochondriales et un déficit en coenzyme Q dans le muscle, et présentent une susceptibilité à l’épilepsie, un retard de mémoire spatiale ainsi que des signes de trouble du métabolisme lipidique. Afin d’étudier la fonction électrique des cellules de Purkinje, en collaboration avec le Dr Philippe Isope (INCI, univ. Strasbourg), nous avons effectué des enregistrements électrophysiologiques des cellules de Purkinje, pour étudier l’activité spontanée (pacemaking). Les cellules de Purkinje normales présentent des décharges spontanées et régulières de pacemaker. Les cellules de Purkinje des souris mutantes présentent des décharges spontanées réduites et moins fréquentes, bien que régulières, contribuant sûrement au phénotype d’ataxie. En collaboration avec le Dr Fabien Pierrel (CEA, Grenoble), le taux de coenzyme Q9 (CoQ9), la forme la plus abondante d’ubiquinone présente chez la souris, et ses différents intermédiaires ont été évalués dans les tissus des souris mutantes. Nous n’avons pas observé d’accumulation de précurseurs des CoQ ou intermédiaires, ce qui indique qu’ADCK3 a probablement un rôle de régulateur de la biosynthèse de CoQ, plutôt qu’enzymatique. Par contre, une réduction de CoQ9 a été observée dans le muscle squelettique (quadriceps et soléaire), les reins et le foie des souris mutante. Ce modèle de ARCA2 sera donc très utile pour déterminer les mécanismes physiopathologiques impliqués dans la maladie et pour répondre à des questions plus générales concernant la neurodégénérescence liée à un déficit de CoQ10. L’ensemble de ces résultats est actuellement en cours de rédaction (Licitra et al.)

Publications

32Beilschmidt L.K. et Puccio H.M., « Mammalian Fe-S cluster biogenesis and its implication in disease », Biochimie, 100, 2014, 48-60, DOI : 10.1016/j.biochi.2014.01.009.

Martelli A. et Puccio H., « Dysregulation of cellular iron metabolism in Friedreich ataxia: from primary iron-sulfur cluster deficit to mitochondrial iron accumulation », Frontiers in Pharmacology, 5, 2014, 130, DOI : 10.3389/fphar.2014.00130.

Perdomini M., Belbellaa B., Monassier L., Reutenauer L., Messaddeq N., Cartier N., Crystal R.G., Aubourg P. et Puccio H., « Prevention and reversal of severe mitochondrial cardiomyopathy by gene therapy in a mouse model of Friedreich’s ataxia », Nature Medicine, 20(5), 2014, 542-547, DOI : 10.1038/nm.3510.

Puccio H., Anheim M. et Tranchant C., « Pathophysiogical and therapeutic progress in Friedreich ataxia », Revue Neurologique, 170(5), 2014, 355-365, DOI : 10.1016/j.neurol.2014.03.008.

5) Génétique moléculaire des ataxies récessives

Équipe de M. Koenig

33Ce projet est maintenant poursuivi au CHU de Montpellier, suite à la mutation de Michel Koenig comme PU-PH dans ce CHU, en septembre 2013. Les travaux qui avaient été initiés à l’IGBMC ont fait l’objet de plusieurs publications, dont notamment l’identification d’un nouveau gène impliqué dans une forme d’ataxie récessive avec épilepsie et déficience intellectuelle, le gène WWOX (Mallaret et al., 2014). L’importance des mutations du gène WWOX dans ce phénotype a été rapidement confirmée par d’autres équipes.

Publications

34Guissart C., Li X., Leheup B., Drouot N., Montaut-Verient B., Raffo E., Jonveaux P., Roux A.-F., Claustres M., Fliegel L. et Koenig M., « Mutation of SLC9A1, encoding the major Na⁺/H⁺ exchanger, causes ataxia-deafness Lichtenstein-Knorr syndrome », Human Molecular Genetics, 24(2), 15 janvier 2015, 463470, DOI : 10.1093/hmg/ddu461.

Khan A.O., AlDrees A., Elmalik S.A., Hassan H.H., Koenig M., Stevanin G., Azzedine H. et Salih M.A., « Ophthalmic features of PLA2G6-related paediatric neurodegeneration with brain iron accumulation », The British Journal of Ophthalmology, 98(7), 2014, 889-893, DOI : 10.1136/bjophthalmol-2013-304527.

Mallaret M., Synofzik M., Lee J., Sagum C.A., Mahajnah M., Sharkia R., Drouot N., Renaud M., Klein F.A.C., Anheim M., Tranchant C., Mignot C., Mandel J.-L., Bedford M., Bauer P., Salih M.A., Schüle R., Schöls L., Aldaz C.M. et Koenig M., « The tumour suppressor gene WWOX is mutated in autosomal recessive cerebellar ataxia with epilepsy and mental retardation », Brain: A Journal of Neurology, 137(2), 2014, 411-419, DOI : 10.1093/brain/awt338.

Méneret A., Ahmar-Beaugendre Y., Rieunier G., Mahlaoui N., Gaymard B., Apartis E., Tranchant C., Rivaud-Péchoux S., Degos B., Benyahia B., Suarez F., Maisonobe T., Koenig M., Durr A., Stern M.-H., Dubois d’Enghien C., Fischer A., Vidailhet M., Stoppa-Lyonnet D., Grabli D. et Anheim M., « The pleiotropic movement disorders phenotype of adult ataxia-telangiectasia », Neurology, 83(12), 2014, 1087-1095, DOI : 10.1212/WNL.0000000000000794.

Renaud M., Anheim M., Kamsteeg E.-J., Mallaret M., Mochel F., Vermeer S., Drouot N., Pouget J., Redin C., Salort-Campana E., Kremer H.P.H., Verschuuren-Bemelmans C.C., Muller J., Scheffer H., Durr A., Tranchant C. et Koenig M., « Autosomal recessive cerebellar ataxia type 3 due to ANO10 mutations: delineation and genotype-phenotype correlation study », JAMA neurology, 71(10), 2014, 1305-1310, DOI : 10.1001/jamaneurol.2014.193.

6) Maladies à expansion de polyglutamine

Yvon Trottier, avec F. Klein

35L’équipe étudie la physiopathologie de la maladie de Huntington (MH) et de l’ataxie spinocérébelleuse de type 7 (SCA7). Ces deux maladies neurodégénératives à transmission dominante sont causées par des expansions de polyglutamine (polyQ), qui confèrent des propriétés toxiques aux protéines correspondant à chaque maladie. La toxicité des protéines mutées augmente avec la taille de la polyQ, et perturbe graduellement les mécanismes essentiels à la fonction et la survie des neurones, avec une spécificité d’atteinte neuronale qui diffère selon la maladie.

Relations entre la structure, la taille et la toxicité des polyQ

36Nos études sur la structure de trois anticorps monoclonaux reconnaissant spécifiquement des polyglutamines et sur leurs interactions avec des polyglutamines de différentes longueurs nous ont permis de montrer que ces trois anticorps ont des structures similaires et reconnaissent des courts polyQ. Nous avons pu conclure qu’il n’y avait pas de conformation particulière « pathogénique » des longues polyglutamines. Ces travaux ont été publiés (Klein et al., 2013).

Criblage à haut débit de modulateurs d’agrégation

37Avec l’aide financière de la FRM, l’AFM, la fondation Maladies rares et la SATT Conectus, nous avons récemment développé une technologie, SynAggreg, qui permet de cribler à haut débit de façon automatisée des modulateurs d’agrégation d’amyloïdes. Avec l’amyloïde formé par l’agrégation de polyQ, nous avons effectué un premier criblage de la banque de molécules de la société Prestwick (molécules approuvées par la FDA) et 11 molécules candidates ont été obtenues, dont 4 montrent des effets biologiques dans un modèle de nématode C. elegans pour la maladie à polyQ SCA3 (collaboration P. Maciel, Portugal). Le test est en train d’être adapté pour les amyloïdes poly-alanine impliquées dans la dystrophie musculaire oculo-pharyngée, et l’amyline impliquée dans le diabète de type II. Nous avons montré que SynAggreg permet également l’analyse fine de cinétique d’agrégation. Nous voulons étudier des combinaisons de modulateurs d’agrégation pour identifier des combinaisons qui agissent de façon synergique pour prévenir la formation d’agrégats toxiques ou stimuler la formation d’agrégats non-toxiques. Ceci pourrait constituer une nouvelle approche thérapeutique pour les maladies à PolyQ. SynAggreg pourrait représenter un outil pour tester en combinaisons, des molécules préalablement identifiées contre les amyloïdes impliqués dans d’autres protéinopathies comme la maladie d’Alzheimer, la maladie de Parkinson, la sclérose latérale amyotrophique, etc. La technologie SynAggreg va permettre également d’analyser plus à fond différents phénomènes au cours de l’agrégation, tels la dépendance de la taille de polyQ ou le recrutement d’autres protéines dans les agrégats. Afin de valoriser SynAggreg, nous collaborons avec la SATT Conectus et avons établi des contacts avec des compagnies de biotechnologie.

Mise en évidence de fonctions ciliaires de la huntingtine et de l’ataxine 7 de la huntingtine dans le cil et pathologie ciliaire dans un modèle souris de la maladie

38Nous avons identifié une nouvelle fonction de la huntingtine (htt) dans le cil. Htt se localise dans divers types de cils – dont le cil non motile sensoriel des neurones et les cils motiles multiples de la trachée et des cellules épendymaires. Dans le cil du photorécepteur, la htt est présente dans les compartiments sous-ciliaires, de la base du cil et du centriole adjacent à la pointe de l’axonème. Chez les souris modèles de maladie de Huntington, la Htt mutante entraîne une perte de la Htt sauvage dans le cil des photorécepteurs, associée à un allongement aberrant des cils, une hyperacétylation de l’alpha-tubuline, une anomalie du transport intraflagellaire menant au transport inefficace de la rhodopsine et de l’arrestine 1 dans les segments externes des photorécepteurs, et enfin à la perturbation de l’intégrité du segment externe. Tout ceci contribue à la dégénérescence des photorécepteurs. La pathologie ciliaire pourrait ainsi contribuer à la physiopathologie de la MH et représenter une nouvelle cible thérapeutique.

39Plus récemment, nous avons obtenu de résultats montrant que l’ataxine 7 impliquée dans la pathologie à polyglutamines SCA7, et qui est une protéine dont la fonction nucléaire de régulation de la transcription est bien connue, est également présente, de manière inattendue, dans divers types de cils. Nous poursuivons l’étude de cette fonction et de l’effet des expansions pathologiques de polyQ dans des modèles souris et de poisson zèbre. Dans ce dernier modèle, la perte de fonction de l’ataxine 7 ou l’expression d’une ataxine 7 mutée avec expansion de polyQ entraîne des phénotypes de type ciliaire, notamment dans la rétine et dans d’autres tissus affectés chez les patients SCA7. Ces travaux ont fait l’objet d’une thèse de sciences (A. Karam, « Étude d’une nouvelle fonction de l’ataxine 7 dans le cil et de son implication dans la pathogénèse de SCA7 »).

Publications

40Klein F.A.C., Zeder-Lutz G., Cousido-Siah A., Mitschler A., Katz A., Eberling P., Mandel J.-L., Podjarny A. et Trottier Y., « Linear and extended: a common polyglutamine conformation recognized by the three antibodies MW1, 1C2 and 3B5H10 », Human Molecular Genetics, 22(20), 2013, 4215-4223, DOI : 10.1093/hmg/ddt273.

Participation à des projets européens

41L’équipe d’Hélène Puccio fait partie du consortium européen EFACTS (European Friedreich Ataxia Consortium for Translational Studies) financé par le 7^e programme cadre (FP7) de la Commission européenne (2010-2014). Dans le cadre des programmes européens ERA-Net for Research Programmes on Rare Diseases, Jocelyn Laporte participe avec deux autres équipes au projet MTMPathies2 « Submitted by josecobos on Mon, 2011-10-17 13:26 MTM1 and MTMR2 myotubularins: biochemical activity and the regulation of membrane trafficking in health and disease » ainsi qu’au consortium européen « SARCOSI : Sarcomeric Signals in muscle remodelling » (training network FP7-PEOPLE). Nicolas Charlet est lauréat de l’ERC starting grant 2012, pour son projet sur les maladies à gain de fonction d’ARN., et J.-L. Mandel participe au projet FP7 Gencodys (Genetic and epigenetic networks in cognitive dysfunction), 2010-2015), qui réunit 11 partenaires européens.