Dérégulations de l'épissage alternatif de tau dans une pathologie neuromusculaire présentant une taupathie : la Dystrophie Myotonique de Type I

• Auteur / Autrice : Olivier Leroy
• Direction : Marie-Laure Caillet-Boudin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie et Biologie moléculaire
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Lille 2

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protéines tau

Dystrophie myotonique

Myotonie atrophique

Épissage des protéines

Épissage alternatif

Résumé

La dystrophie myotonique de type 1 (DM1) est une maladie neuromusculaire multisystémique dont la transmission est autosomale dominante. Cette pathologie est causée par une mutation correspondant à une augmentation du nombre de répétitions d'un trinucléotide (CTG) dans la région non-traduite du gène dmpk. L'hypothèse physiopathologique admise est celle d'un gain de fonction toxique des ARN messagers mutés par lesquels ceux-ci piègeraient des protéines se liant à l'ARN dans des inclusions riboprotéonucléaires nommées foci. Parmi les protéines piégées, on retrouve des facteurs d'épissage. En effet, la DM1 est caractérisée par une altération de l'épissage alternatif de plusieurs transcrits dans différents organes : le canal chlore ClC-1, le récepteur de l'insuline et la myotubularine dans le muscle et la Troponine T cardiaque (cTNT) dans le coeur. Plus récemment, notre laboratoire a montré un défaut d'épissage alternatif des exons 2 et 3 de tau dans les cerveaux DM1. Tau est soumis à un épissage alternatif qui concerne les exons 2, 3, 6 et 10. Dans un cerveau adulte sain, 6 isoformes majeures de tau sont synthétisées. Cependant, l'expression des isoformes ayant inclus les exons 2 et 3 est diminuée dans les cerveaux DM1. Ce défaut pourrait être associé à la dégénérescence neurofibrillaire (DNF) observée dans les cerveaux de patients DM1. La DNF est le stigmate de plusieurs maladies neurodégénératives appelées tauopathies. Elle est caractérisée par l'accumulation intra-neuronale de la protéine inter-microtubulaire Tau. L'objectif de cette thèse a été dans un premier temps de rechercher si l'altération de l'épissage alternatif de tau pouvait toucher d'autres exons hormis le 2 et le 3. Dans un second temps, nous avons recherché les facteurs d'épissage susceptibles de réguler l'épissage alternatif des exons de tau altérés dans la DM1. Ces facteurs constitueraient ainsi des candidats potentiellement responsables des altérations d'épissage observées dans les cerveaux DM1. Pour cela, nous avons utilisé sur du tissu humain (muscle, cerveau) sain et pathologique mais aussi sur des modèles cellulaires neuronaux et gliaux utiles notamment dans l'étude des facteurs candidats. Un nouveau défaut d'épissage alternatif de tau a pu être découvert dans les cerveaux DM1. Il affecte l'exon 6. Cet exon peut être inclus sous trois formes dites 6c, 6p, 6d. La forme 6c correspond à l'inclusion de l'exon 6 complet alors que les formes 6p et 6d correspondent à l'inclusion d'un exon 6 tronqué. Dans les cerveaux DM1, une diminution de l'expression des isoformes 6c et une augmentation des isoformes 6d ont été mises en évidence. Bien que peu de données soient disponibles sur le rôle de l'exon 6, on sait néanmoins que les formes 6d donnent des protéines Tau tronquées sans domaine fonctionnel. Celles-ci, augmentées dans les cerveaux DM1, pourraient avoir un rôle inconnu et/ou un effet toxique sur le neurone provoquant la DNF. Par ailleurs, l'altération de l'épissage alternatif de l'exon 6 dans la DM1 est spécifique au cerveau. A l'inverse, la diminution de l'inclusion des exons 2 et 3 de tau décrite par notre laboratoire dans les cerveaux DM1 a pu également être mise en évidence dans les muscles DM1. Ces résultats suggèrent une régulation différente de l'épissage alternatif des exons 2/3 d'une part et 6 d'autre part. Ainsi, pour la première fois l'existence d'altérations de l'épissage alternatif communes à différents organes (cas exons 2 et 3) mais aussi d'autres tissus spécifiques (cas exon 6) a pu être décrite. Nous avons ensuite mis en évidence deux familles potentiellement impliquées dans les défauts d'épissage alternatif de la DM1 : la famille CELF et la famille muscleblind. Cette étude a été menée en recherchant des différences d'expression de facteurs d'épissage dans les tissus mais aussi dans des modèles cellulaires reproduisant un profil d'épissage de type sain (cellules gliales) ou pathologique (cellules neuronales). La famille de facteurs d'épissage CELF (CUGBP and ETR-3 Like Factor) joue ainsi un rôle important dans la régulation de l'épissage alternatif des exons 2, 3 et 6 de tau. CELF 5 et 6 sont capables de réguler l'épissage alternatif de l'exon 6 alors que ETR-3 entraîne la diminution de l'inclusion des exons 2 et 3 observée dans la pathologie. De plus, ces données confirment la régulation par des facteurs d'épissage différents de l'épissage alternatif des exons 2/3 d'une part et 6 d'autre part. Enfin, les facteurs d'épissage de la famille muscleblind (MBNL1, 2, 3) ont été précédemment décrits non seulement comme étant piégés dans les foci mais aussi comme facteurs régulateurs de plusieurs transcrits dont l'épissage alternatif est altéré dans la DM1. Nous avons pu montré que MBNL1 était impliqué dans l'épissage alternatif de tau. Une diminution de l'expression de muscleblind conduit à une diminution de l'insertion des exons 2 et 3. Ce résultat conforte l'hypothèse selon laquelle les altérations de l'épissage alternatif de la DM1 seraient dues à une perte de fonction de la famille muscleblind suite à son piégeage dans les foci. Cependant, cette hypothèse ne peut être la cause unique des altérations d'épissage car la famille muscleblind n'a aucun effet sur l'exon 6. Ce travail a ainsi été l'occasion de soulever une autre hypothèse sur l'implication de la famille muscleblind dans la DM1 : celle d'un rôle potentiel d'une altération de l'épissage alternatif de MBNL1 lui-même. Ainsi, alors que nous avons décrit de nouvelles isoformes de MBNL1, nous avons observé une différence d'expression d'isoformes entre le muscle sain et le cerveau sain mais surtout entre muscle sain et muscle DM1 d'une part et cerveau sain et cerveau DM1 d'autre part. Il semble donc qu'il y ait une régulation tissu spécifique de l'expression des différentes isoformes de MBNL1 via un épissage alternatif. Celui-ci serait altéré dans les muscles et les cerveaux DM1. Nous recherchons actuellement si ces isoformes sont susceptibles de réguler différemment l'épissage alternatif de tau notamment. Finalement, ETR-3 semble réguler l'épissage alternatif de muscleblind. Les altérations d'épissage alternatif de la DM1 pourraient ainsi être causées non seulement via un piégeage par les foci de MBNL1 mais aussi via une altération de l'épissage alternatif de MBNL1. Dans ce dernier cas, ETR-3 pourrait jouer un rôle majeur. Ainsi, nos résultas suggèrent que les différentes dérégulations de l'épissage alternatif observées dans la DM1 résultent non pas d'un processus unique mais plus probablement de l'implication de différents facteurs d'épissage selon l'exon et le tissu touché. Parmi ces facteurs, les familles CELF et muscleblind jouent probablement un rôle central.

Myotonic dystrophy of type 1 (DM1) is a multisystemic neuromuscular disorder with autosomal dominant transmission. This pathology is due to a mutation leading to an increase of the number of a trinucleotide repeat (CTG) in the unstranlated region of the dmpk gene. The major physiopathologic hypothesis is a gain of function of the mutated mRNAs which would retain RNA binding proteins as splicing factors in riboproteonuclear inclusions named foci. Indeed, in DM1, misregulation of alternative splicing of several transcripts occurs in diffirent organs: chlore canal ClC-1, Insulin receptor and myotubularin in muscle and cTNT in heart. More recently, our laboratory has shown a defect in alternative splicing of tau exons 2 and 3 in DM1 brain. Tau is under a complex regulation by alternative splicing. This alternative splicing concerns the exons 2, 3, 6 and 10. In adult brain, 6 main isoforms are syntetized. Nevertheless, expression of isoforms which have included exons 2 and 3 is decreased in DM1 brain. This defect could be associated to the neurofibrillarry degeneration (DNF) observed in the brain of DM1 patients. DNF is a hallmark of numerous neurodegenerative diosrders named tauopathies. DNF is characterized by intra-neuronal aggregation of the inter-microtubulary protein Tau. The goal of this thesis was first to look if misregulation of tau alternative splicing could affected another exons than exons 2 and 3. Then, we tried to find splicing factors that could regulate the alternative splicing of the tau misspliced exons in DM1. Such splicing factors would be interesting candidates for the misregulation of alternative splicing that occurs in DM1 brain. To adress these questions, we used control and pathologic human tissue (muscle, brain) but also neuronal and glial cellular models very usefull in the study of the candidates splicing factors. A new defect of tau alternative splicing was discovered in DM1 brain. This defect concerns the exon 6. This exon could be included in 3 different forms named 6c, 6p, 6d. 6c form corresponds to the inclusion of a complete exon 6 wheras 6p and 6d forms lead to the inclusion of a truncated exon 6. In DM1 brain, a decrease of the expression of the 6c form and an increase of the 6d forms were observed. Although few data are known about the role of exon 6, it is well known that 6d forms lead to the synthesis of truncated tau proteins without functionnal domain. These forms which are increased in DM1 brain may have an unknown role and/or a toxic effect on the neuron and then be responsible of the DNF. Moreover, misregulation of alternative splicing of exon 6 is brain specific. By contrast, the decrease of the inclusion of tau exons 2 and 3 that occured in DM1 brain was also shown in DM1 muscle. These data suggest that the regulation of alternative splicing of tau exons 2/3 is different of the tau exon 6 one. So, for the first time we showed that misregulations of alternative splicing are common to diffrent organs (exons 2 and 3 cases) but for some also tissue specific (exon 6 case). Then, we pointed out two families of splicing factors potentially implicated in the DM1 misregulations of alternative splicing : CELF and muscleblind families. This study was made by searching differences in the expression of splicing factors in tissue but also in cellular models which have a control alternative splicing profile (glial cells) or a pathologic alternative splicing profile (neuronal cells). CELF family (CUGBP and ETR-3 Like Factor) plays an important role in the regulation of alternative splicing of tau exons 2, 3 and 6. CELF 5 and 6 regulate alternative splicing of tau exon 6 whereas ETR-3 leads to a decrease of tau exons 2 and 3 as observed in the pathology. Furthermore, these data confirm the regulation by distinct splicing factors of tau exons 2/3 in one hand and tau exon 6 in other hand. Finally, splicing factors of muscleblind family (MBNL 1, 2, 3) were precedently described not only as retained in foci but also as regulators of the alternative splicing of several transcripts altered in DM1. We shown that MBNL1 is implicated in the regulation of tau alternative splicing. Indeed, a decrease in MBNL1 expression leads to a derease of the inclusion of tau exons 2 and 3. This data confirms the hypothesis that DM1 misregulations of alternative splicing would be due to a loss of function of muscleblind family which is retained in foci. Nevertheless, this hypothesis can not be the only cause of DM1 splicing alterations because muscleblind family has no effect on tau exon 6. This work was so the opportunity to point out a new hypothesis on the implication of muscleblind family in DM1: the possible role of a misregulation of the alternative splicing of MBNL1 itself. Indeed, we described new isoforms of MBNL1 and very inteestingly we observed a differntial expression of MBNL1 isoforms between muscle an brain but also between control muscle and DM1 muscle in one hand and control brain and DM1 brain in the other hand. So, a tissue specific