Analyses génétiques et fonctionnelles de nouveaux gènes incriminés dans la Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA)

Genetic and functional analyses of new genes linked to Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS)

• Auteur / Autrice : Elisa Teyssou
• Direction : Stéphanie Millecamps
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 14/12/2017
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut du cerveau (Paris ; 2009-....)
• Jury : Président / Présidente : Alain Trembleau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Devos, Danielle Seilhean
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Flore Renaud-Paitra, Luc Dupuis

Mots clés

Mots clés contrôlés

Autophagie

Gènes

Sclérose latérale amyotrophique

Mots clés libres

Génétique

SLA

Modèle murin

Lymphoblastes

Inclusions

Autophagie

Lentivirus

Genetics

ALS

Autophagy

Lymphoblasts

Résumé

La Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative fatale caractérisée par la dégénérescence des motoneurones centraux et périphériques. Elle est le plus souvent sporadique (SALS, 90% des cas), tandis que les formes familiales (FALS) représentent 10% des patients. Une vingtaine de gènes liés à la SLA ont été identifiés et sont responsables de 70% des FALS et 10% des SALS. Le but de ce projet était d’étudier la contribution de 6 gènes rares dans une large cohorte de patients français atteints de SLA et d’étudier les conséquences fonctionnelles de certains variants identifiés. La première partie de ce projet a consisté à réaliser l’analyse génétique des gènes MATR3, CHCHD10, SS18L1, SQSTM1, UBQLN2 et PFN1. Aucun variant causal ne fut identifié pour les 2 premiers gènes alors que 2 nouveaux variants possiblement pathogènes ont été identifiés dans le gène SS18L1, 4 mutations pour SQSTM1, 5 dans UBQLN2 et 2 mutations déjà répertoriées dans le gène PFN1. Cette analyse génétique a permis de souligner un chevauchement génétique entre SLA et maladie de Paget pour SQSTM1 et entre SLA et Paraplégie Spastique pour UBQLN2. La deuxième partie de ce projet a consisté en l’étude de la pathogénicité de certains variants que nous avons identifiés dans les gènes SQSTM1, UBQLN2 et PFN1, par l’analyse (i) des inclusions dans les tissus post mortem de patients, (ii) de l’expression et de la dégradation protéique dans des lymphoblastes issus de patients SLA et/ou (iii) des conséquences cellulaires après surexpression in vitro et in vivo. Ces analyses ont montré, concernant SQSTM1, qui est impliquée dans la formation des autophagosomes, que les mutations perturbaient l’agrégation protéique, que les mutations dans le gène UBQLN2 altéraient la dégradation lysosomale et la liaison de la protéine avec HSP70 et que celles dans PFN1 dérégulaient la voie de l’autophagie alternative et la mitophagie. Notre travail a permis (i) d’évaluer la contribution chez les patients français atteints de SLA de plusieurs gènes incriminés dans la SLA, (i) d’élargir le spectre génétique commun à la SLA et à d’autres pathologies et (iii) de mettre en avant la pertinence de l’implication des voies de dégradation protéique, notamment l’autophagie, dans la pathogénèse de la maladie.

The fatal Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) motor neuron disease is characterized by the degeneration of upper and lower motor neurons. Most ALS cases are sporadic (SALS) whereas ~10% are familial (FALS). A growing number of genes has been identified in ALS and represent 70% of FALS and 10% of SALS. The aims of this project were to analyze the contribution of 6 rare genes in a large population of French ALS patients and to study the pathogenic impact of some identified variants.The first part of this work was dedicated to the genetic analysis of MATR3, CHCHD10, SS18L1, SQSTM1, UBQLN2 and PFN1 genes. No causing variants were identified for MATR3 and CHCHD10 while 2 new variants, probably pathogenic, were identified for SS18L1, as well as 4 mutations for SQSTM1, 5 for UBQLN2 and 2 already reported mutations for PFN1. These analyses also highlighted a genetic overlap between ALS and other diseases: the Paget disease of bone for SQSTM1 and spastic paraplegia for UBQLN2. The second part of this work was to study the pathogenicity of some of the mutations identified in SQSTM1, UBQLN2 and PFN1 genes using analyses of (i) inclusions in ALS patient post-mortem tissue, (ii) protein expression and degradation pathways in patient lymphoblasts and/or (iii) cellular consequences after in vitro and in vivo overexpression. Our results showed prominent aggregation of mutant SQSTM1 (involved in autophagosomes formation), impaired lysosomal degradation and disrupted protein binding to HSP70 for mutant UBQLN2 and deregulated alternative autophagy and mitophagy pathways for mutant PFN1. Our results (i) precised the contribution of several genes in French ALS patients, (i) documented the genetic overlap between ALS and other diseases and (iii) highlighted the role of protein degradation pathways, especially autophagy, in the pathogenesis of ALS.