Effets de modifications diététiques sur le phénotype de la souris Harlequin, un modèle de maladie mitochondriale

Impact of dietary modulations on the phenotype of the Harlequin mouse, a model of mitochondrial disease

• Auteur / Autrice : Manuel Schiff
• Direction : Pierre Rustin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et moléculaire
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Paris 5

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mitochondries

Phosphorylation oxydante

Souris de laboratoire

Génétique

Régimes alimentaires

Animaux de laboratoire

Régime cétogène

Transport d'électrons

Phosphorylation oxydative

effets des médicaments et substances chimiques

Facteur inducteur d'apoptose

Complexe I de la chaîne respiratoire

Résumé

Les maladies mitochondriales (définies au sens strict comme les anomalies héréditaires de la chaîne respiratoire) sont les plus fréquentes des maladies héréditaires du métabolisme avec une incidence estimée à au moins 1/5000 naissances. Au sein des maladies mitochondriales, le déficit en complexe I de la chaîne respiratoire est, chez l’Homme, l’anomalie la plus fréquente. Sur le plan génétique, les maladies mitochondriales peuvent être dues soit à une anomalie de l’ADN mitochondrial soit à une anomalie de l’ADN nucléaire. Ce double contrôle génétique, associé aux près de 2500 gènes potentiellement impliqués dans le maintien des fonctions mitochondriales, est en partie responsable de l’extrême variabilité phénotypique de ces affections. En dépit d’immenses progrès réalisés dans l’identification des bases moléculaires à l’origine de ces maladies, ces affections demeurent non traitables. Afin d’identifier d’éventuels nouveaux traitements, il est indispensable de disposer d’un organisme modèle fiable reproduisant fidèlement les symptômes et signes des affections humaines ; et ce d’autant plus que les essais thérapeutiques dans les maladies mitochondriales humaines, sont de réalisation difficile voire impossible en raison de la rareté de ces maladies et donc du très petit nombre de patients. Ainsi, la souris Harlequin, mutant naturel du gène AIF (Apoptosis Inducing Factor) présentant un déficit en complexe I dans différents tissus, remplit-elle ces conditions : Elle présente un phénotype (récemment caractérisé par l’équipe) neurodégénératif progressif dominé par une ataxie cérébelleuse associé à un retard pondéral et une alopécie en écho avec les anomalies décrites chez les patients déficitaires en complexe I. Ces anomalies sont à la fois variables d’un individu à l’autre mais également dans leur chronologie d’apparition. L’objectif de ce travail a été d’utiliser le modèle Harlequin pour évaluer notre capacité à réaliser un essai thérapeutique dans les maladies mitochondriales chez la souris. Pour ce faire, nous avons fait le choix d’évaluer l’impact de modifications nutritionnelles (et notamment l’enrichissement en graisses de l’alimentation) sur le cours de la maladie. Avant d’entreprendre une longue étude chez la souris, nous avons validé in vitro dans des fibroblastes de patients déficitaires en complexe I, que les acides gras avaient un effet préventif sur la mort cellulaire. Ces résultats ont été une incitation forte à poursuivre l’étude de l’effet des lipides in vivo. Ainsi, avons-nous pu montrer qu’en utilisant une vingtaine d’animaux par groupe, il était possible de tirer une conclusion solide de l’effet d’un régime enrichi en graisses qui ralentit indiscutablement la progressivité de la maladie. En outre, nous avons mis en évidence qu’il existait un sous-groupe d’individus répondeurs (29% de la population des Harlequin traités par le régime enrichi en graisses) dont la prise en compte est un aspect central des essais dans ces maladies. Le régime cétogène (enrichissement massif en graisses) a également été testé avec un effet moins spectaculaire mais l’existence d’individus répondeurs a également été mise en évidence. Ces résultats relatifs à l’utilisation du modèle Harlequin pour tester des thérapies seront nous l’espérons, la première pierre d’un essai du régime enrichi en graisses chez les patients déficitaires en complexe I.

Background: Therapeutic options in human mitochondrial oxidative phosphorylation (OXPHOS) diseases have been poorly evaluated mostly because of the scarcity of cohorts and the inter-individual variability of disease progression. Thus, while a high fat diet (HFD) is often recommended, data regarding efficacy are limited. Our objectives were 1) to determine our ability to evaluate therapeutic options in the Harlequin OXPHOS complex I (CI)-deficient mice, in the context of a mitochondrial disease with human hallmarks and 2) to assess the effects of a HFD. Methods and Findings: Before launching long and expensive animal studies, we showed that palmitate afforded long-term death-protection in 3 CI-mutant human fibroblasts cell lines. We next demonstrated that using the Harlequin mouse, it was possible to draw solid conclusions on the efficacy of a 5-month-HFD on neurodegenerative symptoms. Moreover, we could identify a group of highly responsive animals, echoing the high variability of the disease progression in Harlequin mice. Conclusions: These results suggest that a reduced number of patients with identical genetic disease should be sufficient to reach firm conclusions as far as the potential existence of responders and non responders is recognized. They also positively prefigure HFD-trials in OXPHOS-deficient patients.