Mise en place, caractérisation phénotypique et transcriptomique d'un modèle de Drosophilie de la Dystrophie Myotonique de type 1

Establishment, phenotypic and transcriptomic characterization of a Drosophilie model of Myotonic dystrophy of type 1

• Auteur / Autrice : Lucie Picchio
• Direction : Krzysztof Jagla
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie du développement et génétique
• Date : Soutenance le 05/12/2013
• 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 : Génétique- reproduction et développement / GReD
• Jury : Président / Présidente : Vincent Sapin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Martine Simonelig
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Rolf Bodmer, Nicolas Charlet-Berguerand

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transcriptome

Phénotype

Myotonie atrophique

Drosophiles

Mots clés libres

Dystrophie myotonique

Modèle de drosophile

MBNL1/Mbl

CUGBP1/Bruno-3

Maladie musculaire

Myotonic dystrophy

Drosophila model

MBNL1/Mbl

CUGBP1/Bruno-3

Muscle disease

Résumé

La dystrophie myotonique de type 1 (DM1) ou maladie de Steinert est la maladie génétique neuromusculaire la plus commune avec une incidence de 1/8000 à travers le monde. Cette maladie multisystémique touche particulièrement les muscles squelettiques (myotonie, faiblesse et perte musculaires) et le coeur qui présente des symptômes variés comme des troubles de la conduction et des arythmies. La DM1 est causée par une expansion instable de répétitions CTG dans la région 3’ non traduite du gène DMPK. Les individus sains possèdent entre 5 et 37 répétitions CTG tandis que les patients DM1 portent entre 50 et plusieurs milliers de répétitions. Il est bien établi que les expansions de répétitions non codantes forment des foci dans les noyaux musculaires où elles séquestrent le facteur d'épissage MBNL1. Toutefois, l'implication de la stabilisation et l'accumulation de CUGBP1 hyperphosphorylé par la PKC dans la maladie est un sujet controversé dans la communauté DM1. Dernièrement, en plus de la rupture de l'équilibre entre MBNL1/CUGBP1, plusieurs mécanismes ont été mis en cause dans la pathogenèse de la DM1. Parmi eux, l'expression perturbée de facteurs de transcription, la maturation altérée de miARNs, l'activation de kinases... chacune de ces altérations menant au final à une perturbation du transcriptome. Afin d'étudier l'effet de la toxicité des répétitions sur les phénotypes et lestranscriptomes, nous avons généré trois lignées de Drosophile inductibles et site-spécifiques exprimant 240, 600 et 960 répétitions de triplets. Nous avons travaillé en parallèle sur une lignée atténuée pour mbl (orthologue de MBNL1) et deux lignées gain de fonction bru -3 (orthologue de CUGBP1). Exprimées dans les muscles somatiques, les répétitions CTG conduisent à une mobilité réduite, le fractionnement des fibres musculaires, une réduction de leur taille et une altération du processus de fusion des myoblastes de manière dépendante de Mbl et Bru-3. En outre, l'expression des répétitions cause une hypercontraction musculaire dépendante de Mbl et due à un mauvais épissage de dSERCA. L'analyse transcriptionnelle comparative réalisée sur les muscles larvaires des différentes conditions pathologiques montre que l'atténuation de mbl reproduit 70-82% des dérégulations transcriptomiques des larves DM1 alors que le gain de fonction bru-3 représente 32-53% des altérations transcriptomiques des lignées DM1. Ainsi Mbl est un facteur clé des dérégulations observées dans les muscles somatiques des lignées DM1. Au contraire, les analyses physiologiques effectuées sur les coeurs adultes suggèrent que Bru-3 est un facteur clé dans la mise en place des phénotypes cardiaques. En effet, d'une part, l'atténuation de mbl dans le coeur cause une cardiomyopathie dilatée, un symptôme rarement diagnostiqué chez les patients. D'autre part, les lignées gain de fonction bru-3 et DM1 présentent de la fibrillation qui évolue avec l'âge ou la taille des répétitions vers un phénotype qui rappelle l'insuffisance cardiaque chez les patients.

Myotonic Dystrophy Type 1 (DM1) or Steinert's disease is the most common genetic neuromuscular disorder affecting 1 out of 8000 people worldwide. This multisystemic disease affects particularly the skeletal muscles (myotonia, muscle weakness and wasting) and the heart, which can exhibit various symptoms like conduction disturbances and arrhythmia (auricular fibrillation and flutter). DM1 is caused by an unstable CTG repeat expansion in the 3' non-translated region of the DMPK gene. In healthy individuals, the number of CTG repeats ranges from 5 to 37 whereas DM1 patients carry from 50 to thousands repeats. It is well established that when expanded non-coding repeats aggregate into foci within muscle nuclei and sequester the MBNL1 splicing factor. However, the involvement of the stabilization and accumulation of CUGBP1 following PKC hyper-phosphorylation in the disease is a controversial matter in the DM1 community. Lately, in addition to the disruption of the balance between MBNL1/CUGBP1, several mechanisms were identified as part of the DM1 pathogenesis. Among them, transcription factors perturbations, altered maturation of miRNA, kinases activation… each of them leading eventually to transcriptomic alterations. In order to investigate the effect of toxic repeat expression on phenotypic and transcriptomic alterations, we generated three inducible site-specific Drosophila lines expressing 240, 600 and 960 triplet repeats. We worked in parallel on a mbl (MBNL1 orthologue) knocked-down line and two bru-3 (CUGBP1 orthologue) gain of function lines. When expressed in somatic muscles, CTG repeats lead to altered motility, fiber splitting, reduced fiber size and affected myoblast fusion process in a Mbl and Bru-3 dependent manner. In addition, toxic repeats cause fiber hyper-contraction in a Mbldependentmanner due to dSERCA mis-splicing. Comparative transcriptional profiling performed on larval muscles of different conditions show that mbl attenuation reproduces 70-82% of DM1 transcriptomic deregulations whereas bru-3 gain of function represents 32-53% of transcritomic alterations. Thus Mbl appears as a key factor of transcripts deregulations observed in DM1 muscles. On the contrary, physiologic analyses performed on adult hearts suggest that Bru-3 is a key factor for cardiac phenotypes. Indeed, on one hand, mbl attenuated flies display dilated cardiomyopathy, a symptom barely diagnosed in patients. On the other hand, bru-3 gain of function line and DM1 lines display fibrillation, which evolves withage or repeat size into a phenotype reminiscent of heart insufficiency in patients.