Etude des conséquences fonctionnelles des mutations du facteur eIF2B sur la maturation gliale

Study of the functional consequences of eIF2B mutations on glial maturation

• Auteur / Autrice : Aurélia Huyghe
• Direction : Odile Boespflug-Tanguy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie moléculaire et cellulaire
• Date : Soutenance le 05/12/2011
• Etablissement(s) : Clermont-Ferrand 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences de la vie, santé, agronomie, environnement (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Génétique, reproduction et développement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : (GRED) Génétique- reproduction et développement
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jacqueline Trotter, Bertrand Pain, Pierre Fafournoux, Diana Rodriguez, Anne Fogli
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hélène Boeuf, Jacqueline Trotter

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transcriptome

Transcription génétique

Traduction génétique

Leucodystrophies

Système nerveux central

Mots clés libres

EIF2B-pathies

Activité GEF

Stress

Transcriptome

Épissage

Cellules gliales

Cellules souches embryonnaires

EIF2B-related disorders

GEF activity

Stress

Transcriptomic analysis

MRNA splicing

Glial cells

Embryonic stem cells

Résumé

Les eIF2B-pathies représentent un groupe de leucodystrophies de transmission autosomique récessive du à des mutations du facteur ubiquitaire eIF2B. Celui-ci intervient dans l’initiation de la traduction et ses régulations, particulièrement en cas de stress cellulaires, grâce à son activité d’échange de guanine (GEF). Un large spectre clinique et mutationnel a été décrit pour cette pathologie.La diminution de l’activité GEF a pu être validée comme marqueur diagnostique spécifique des eIF2B-pathies dans les lymphoblastes de patients atteints avec un seuil d’activité à 77,5% pour une spécificité de 100% et une sensibilité de 89%.La compréhension des mécanismes moléculaires en cause a ensuite été recherchée selon trois approches :- une première focalisée sur l’étude de la réponse au stress du réticulum endoplasmique (RE) dans les lymphoblastes de patients eIF2B-mutés. L’hyper-activation transcriptionnelle et traductionnelle des gènes de la réponse au stress du RE, observée dans d’autres études et sur d’autres types cellulaires n’a pas été retrouvée dans cette étude.- une approche globale d’étude transcriptomique différentielle dans des fibroblastes primaires de patients eIF2B-mutés soumis ou non à un stress cellulaire. La comparaison du transcriptome avec celui de contrôles sains et de patients porteurs d’une autre leucodystrophie n’a pas permis de mettre en évidence un effet spécifique du stress dans les fibroblastes eIF2B-mutés. En revanche, il a pu être montré une dérégulation de l’expression de 70 gènes spécifiquement dans ces fibroblastes ainsi que l’implication de voies métaboliques telles que l’épissage et la stabilité des ARNm, importantes au cours du développement du système nerveux central. Ces gènes trouvés dérégulés dans les fibroblastes, appartenant notamment à la famille des hnRNP, ont été ensuite validés dans les cerveaux de patients eIF2B-mutés et une anomalie d’épissage de certains transcrits importants pour les cellules gliales a également été identifiée.- enfin, pour valider l’hypothèse d’une anomalie développementale des cellules gliales, le modèle des cellules souches embryonnaires (ESC) a été utilisé et un défaut génétique a été introduit dans ces cellules afin de mimer les mutations eIF2B. Une anomalie de différentiation de ces ESC en cellules gliales a pu être mise en évidence dans ce modèle qui pourrait alors constituer un outil de choix pour tester des molécules pouvant potentiellement améliorer la différenciation de ces cellules, principales en cause dans cette pathologie.

EIF2B-related disorders are an autosomal recessive leukodystrophy caused by mutations in the ubiquitary eIF2B factor. This one is involved in the translation initiation step and its regulation, particularly upon cellular stresses, thanks to its guanine nucleotide exchange factor (GEF) activity. A wide continuum clinical and mutational spectrum has been described for this pathology.The decrease of eIF2B GEF activity has been validated as an eIF2B-pathies specific biomarker in affected patients’ lymphoblasts with 100% specificity and 89% sensibility using a threshold at 77.5%.Functional molecular mechanisms involved in the physiopathology of eIF2B-related disorders have been searched by three approaches:- the first one focalized on the study of the endoplasmic reticulum stress response in lymphoblasts from eIF2B-mutated patients. The translational hyper-induction of specific genes involved in the unfolded protein response, identified in other cell types, was not observed in this study.- a global approach using a differential transcriptomic study of primary fibroblasts from eIF2B-mutated patients submitted or not to a cellular stress. The comparison with the transcriptomic profile of fibroblasts from healthy controls and patients presenting with other types of leukodystrophies not allowed us to identify a specific stress effect in eIF2B-mutated fibroblasts. On the other hand, it has been shown 70 genes specifically differentially deregulated in eIF2B-mutated fibroblasts as well as metabolic pathways implication, like splicing and mRNA stability, that are critical during the central nervous system development. We then validated that these genes, belonging the the hnRNP family, were also deregulated in brains from eIF2B-mutated patients and a splice abnormality of genes implicated in glial cells network has also been identified.- finally, in order to validate the hypothesis of an abnormal glial cell development, the embryonic stem cells (ESC) model has been used and a genetic default has been introduced in these cells to mimic eIF2B mutations. We identified an abnormal differentiation of these ESC into glial cells. Therefore, this model would provide a unique tool to search therapeutic agents that would improve glial cell differentiation, the major cells implicated in this pathology.