Etude des mécanismes moléculaires et cellulaires impliqués dans le développement de la dystrophie myotonique de type 1 à l'aide de cellules souches embryonnaires humaines porteuses de la mutation causale

Use of human embryonic stem cell-derived motor neurons to study the molecular and cellular mechanisms of myotonic dystrophy type 1

• Auteur / Autrice : Antoine Marteyn
• Direction : Marc Peschanski, Cécile Martinat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et moléculaire
• Date : Soutenance le 07/09/2010
• Etablissement(s) : Evry-Val d'Essonne
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale des Génomes aux organismes (Versailles ; 2000-2015)
• Jury : Président / Présidente : Francesco Javier Perea
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Annelise Bennaceur-Griscelli
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alain Chédotal, Denis Furling

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plaque motrice

Myotonie atrophique

Cellules souches

Mots clés libres

Différenciation motoneurone

Résumé

Parmi leurs applications prometteuses, les cellules souches pluripotentes humaines présentent un potentiel inestimable pour améliorer la compréhension des mécanismes moléculaires et cellulaires impliqués dans le développement de maladies monogéniques. Cette application est dans un premier temps devenue possible grâce à l’utilisation de lignées de cellules souches embryonnaires humaines (CSEh) porteuses de mutation causale de maladie monogénique, obtenues au cours d’un diagnostique pré-implantatoire, puis dans un second temps par la reprogrammation des cellules somatiques en cellules souches pluripotentes (iPS). Dans le cadre de la validation de ce concept, nous avons démontré que des lignées de CSEh porteuses de la mutation causale de la dystrophie myotonique de type 1 (DM1), ainsi que leursprogénies neurales et mésodermiques, exprimaient des défauts moléculaires caractéristiques de la pathologie. Par l’intermédiaire d’une étude transcriptomique comparative, nous avons identifié une liste de biomarqueurs pouvant être considérés comme une nouvelle signature moléculaire de la DM1. Parmi ces derniers, nous avons montré que l’anomalie d’expression de certains gènes de la famille SLITRK était à l’origine des défauts d’arborisation neuritique mis en évidence dans des cellules motoneuronales dérivées des CSEh mutées, et que ces cellules peuvent interagir avec leur ciblemusculaire. Parallèlement, nous avons identifié un facteur de transcription à domaine Krab dont l’expression est fortement altérée dans la DM1 et qui semble être impliqué dans les défauts de régénération musculaire associé à des fins thérapeutiques en définissant leur capacité à modéliser une maladie génétique de façon suffisamment précise pour permettre d’élaborer des biothérapies spécifiquement liées aux mécanismes moléculaires mis en jeu.

Human pluripotent stem cells present far reaching implication not only for their therapeutic potential but also for the understanding of the molecular and cellular mechanisms of monogenic diseases. This application became at first possible by using human embryonic stem cells lines (hES) carrying the causal mutation of the monogenic disease, obtained during pre-implantation genetic diagnosis, thereafter through the development of somatic cells reprogramming into pluripotent stem cells (iPS). In line with this concept, we provided evidence that hES lines carrying the causal mutation of myotonic dystrophy type 1 (DM1), as well as their neural and mesodermal progenitors, expressed characteristic molecular defects of the pathology. Through a comparative study of their transcriptome profile, we identified a list of biomarkers which can be considered as new molecular signature of DM1. Among these genes, we showed that abnormal expression of some genes of the SLITRK family was responsible for the defective neuritic outgrowth observed in motor neuron cells derived from mutated hES, but that these cells could nonetheless interact with their muscular target. In parallel, we identified a Krab domain transcription factor which expression is strongly altered in DM1 and which seems to be involved in muscular regeneration defects associated with DM1. In conclusion, the aim of this work was to extend the spectrum of hES cells use for therapeutic purposes by accurately defining their capacity to model a genetic disease, enabling the elaboration of biotherapies targeted to disease specific molecular mechanisms.