GNAS et empreinte parentale : Caractérisation des GNAS-miRNAs et d’une nouvelle DMR

GNAS and Parental Imprinting : Characterization of GNAS-miRNAs and a New DMR

• Auteur / Autrice : Patrick Hanna
• Direction : Agnès Linglart
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 06/07/2018
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Signalisations et réseaux intégratifs en biologie (Le Kremlin-Bicêtre, Val-de-Marne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Thérapie génique, génétique, épigénétique en neurologie, endocrinologie et développement de l'enfant (Le Kremlin-Bicêtre, Val-de-Marne ; 2010-2019)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Lionel Groussin-Rouiller
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Agnès Linglart, Lionel Groussin-Rouiller, Irène Netchine, Anne Barlier, Peter Kamenicky, Jérôme Cros
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Irène Netchine, Anne Barlier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Croissance

Pseudohypoparathyroïdie

Empreinte génomique

Gène GNAS

Mots clés libres

Gnas

Empreinte parentale

Croissance

MicroRNA

Ippsd

Tipmp

Gnas

Parental imprinting

Growth

MicroRNA

Ippsd

Ipmn

Résumé

GNAS est un locus soumis à empreinte parentale. Ce locus produit différents transcrits et protéines en utilisant des promoteurs distincts. Le transcrit bialléique Gsα, les transcrits soumis à empreinte maternelle GNAS-AS1, XLαs et A/B et un transcrit soumis à empreinte paternelle NESP55. L’expression de ces transcrits est contrôlée par des régions différentiellement méthylées (DMRs). Le locus GNAS est impliqué dans plusieurs maladies. La PseudoHypoParathyroïdie (PHP) également appelée inactivating PTH/PTHrP Signaling Disorder (iPPSD, pour la description de la nouvelle classification) englobe un groupe de maladies rares, très hétérogène caractérisé par la résistance des organes à l'action de la PTH. Les iPPSD2 sont dues à des mutations perte de fonctions de Gsα, les iPPSD3 à des anomalies de méthylation d’une ou plusieurs DMRs. Les tumeurs intracanalaires papillaires et mucineuses du pancréas (TIPMPs) sont des tumeurs kystiques caractérisées par une prolifération papillaire intracanalaire de l’épithélium des canaux pancréatiques. Les TIPMPs sont des précurseurs de l’adénocarcinome pancréatique comprenant trois degrés de dysplasie selon le phénotype histologique, légère, moyenne et haut grade.L’objectif de mon travail était d’étudier l’implication des transcrits non codants et des GNAS-miRNAs à l’aide de deux modèles pathologiques les iPPSD2 et 3 et les TIPMPs.Projet TIPMP :Nous avons identifié que la perte d’empreinte du locus GNAS est un événement fréquent dans les TIPMPs et semble associée à des marques d’activation de la transcription du locus. De plus, d’autres gènes soumis à l’empreinte parentale, comme MEG3 et DIRAS3, présentent également des modifications de leurs marques épigénétiques.Projet iPPSD2 et 3 :Résultat 1 : Croissance longitudinale, taille finale et IMC des patients iPPSD2 et 3. Les patients iPPSD2 naissent hypotrophiques, ont une petite taille finale et développe un surpoids. Les patients iPPSD3 naissent macrosomiques mais atteignent une taille finale normale et un IMC moyen normal. Mes résultats suggèrent un rôle majeur de Gsα et de Xlαs dans la croissance fœtale, postnatale, pubertaire et l’accumulation de la masse grasse.Résultat 2 : Cibles des GNAS-miRNAs et phénotype des patients iPPSD3. Mes données d’expression des GNAS-miRNAs dans les lymphocytes et les fibroblastes de patients matUPD20/patUPD20 montrent qu’ils sont soumis à l’empreinte parentale. In silico, les cibles de ces miRNAs sont classées en 3 groupes : signalisation de l’AMPc, signalisation du calcium et croissance. La transfection dans les cellules HEK des GNAS-miRNAs m’a permis de confirmer certaines cibles moléculaires comme la cible du miR-296-3p, PRKAG1 et la cible des miRs 296-5p et 296-3p, GNB2 tous les deux impliqués dans la voie de l’AMPc.Résultat 3 : étude d’une nouvelle DMR : GNAS-AS2. Cette DMR récemment identifiée présente une perte de méthylation chez la plupart des patients iPPSD3 comparés aux contrôles. Nous avons identifié pour la première fois, un sous-groupe de patients iPPSD3 qui présente une perte de méthylation de la DMR GNAS-AS1:TSS-DMR, mais pas de GNAS-AS2. Ces patients ont un profil de iPPSD3 autosomique dominant, sans délétion du centre d’empreinte STX16. Mes résultats montrent : 1-absence de délétion ou remaniement génomique en whole genome sequencing dans une famille atteinte, 2-la DMR GNAS-AS2 possède deux sous domaines distincts et 3-la transmission de cette anomalie est maternelle.Les transcrits de GNAS jouent un rôle important dans des phénomènes fondamentaux comme la croissance ante et post natale, la tumorigenèse, la signalisation endocrine AMPc dépendante et l’acquisition de la masse grasse. Afin de mieux comprendre les pathologies de l’empreinte il est important d’identifier des biomarqueurs comme les miRNAs et de les corréler aux phénotypes des patients iPPSD.

GNAS is a locus subjected to parental imprinting. This locus produces different transcripts and proteins using distinct promoters: the Gsα biallelic transcript, the maternally imprinted transcripts GNAS-AS1, XLαs and A/B and a paternal imprinted transcript NESP55. The expression of these transcripts is controlled by differentially methylated regions (DMRs). The GNAS locus is involved in several diseases. PseudoHypoParathyroidism (PHP) also called inactivating PTH/PTHrP Signaling Disorder (iPPSD, for the description of the new classification) encompasses a group of heterogeneous rare diseases, characterized by the resistance of organs to the action of PTH. IPPSD2 are due to Gsα loss of function mutations, iPPSD3 to methylation abnormalities at one or several GNAS DMRs. Intraductal Papillary Mucinous Neoplasm (IPMN) are cystic tumors characterized by Intraductal papillary proliferation of the pancreatic duct epithelium. IPMNs are precursors of pancreatic adenocarcinoma comprising three degrees of dysplasia according to the histological phenotype, low, medium and high grade.The aim of my work was to study the implication of non-coding transcripts and GNAS-miRNAs using two pathological models, iPPSD2 and 3 and IPMN.IPMN project:We have identified that loss of imprinting at the GNAS locus is a common trait in IPMN and appears to be associated with transcriptional activation events of the GNAS transcripts. In addition, other genes subjected to parental imprinting, such as MEG3 and DIRAS3, also show changes in their epigenetic marks.Project iPPSD2 and 3:Result 1: Longitudinal growth, final height and BMI of iPPSD2 and 3 patients. iPPSD2 patients are born hypotrophic, display a final short stature and are overweight. IPPSD3 patients are born macrosomic but reach a normal final height and normal mean BMI. My results suggest a major role of Gsα and Xlαs in fetal, postnatal, pubertal growth and fat mass accumulation.Result 2: Targets of GNAS-miRNAs and phenotype of iPPSD3 patients. Expression of GNAS-miRNAs in lymphocytes and fibroblasts of matUPD20/patUPD20 patients suggested that GNAS-miRNAs are subjected to parental imprinting. In silico, the targets of these miRNAs are classified in 3 groups: cAMP signaling, calcium signaling and growth. Transfection of the GNAS-miRNAs into HEK cells confirmed certain molecular targets such as the miR-296-3p target, PRKAG1 and the miRs 296-5p and 296 -3p target, GNB2, both transcripts being involved in cAMP pathway.Result 3: characterization of a new DMR: GNAS-AS2. GNAS-AS2 is a recent characterized DMR with loss of methylation in most iPPSD3 patients compared to controls. We have identified for the first time a subset of iPPSD3 patients with loss of methylation at the GNAS-AS1:TSS-DMR but not at the GNAS-AS2 DMR. These patients have an autosomal dominant form of iPPSD3, without deletion of the STX16 imprinting control element. My results show: 1- lack of deletion or genomic rearrangement through whole genome sequencing in an affected family, 2- GNAS-AS2 DMR has two distinct subdomains and 3- this anomaly is maternally inherited.GNAS transcripts play an important role in fundamental biological processes such as ante and postnatal growth, tumorigenesis, endocrine cAMP dependent signaling pathways and fat mass acquisition. It is important to identify new biomarkers such as miRNAs and correlate them with phenotypical factors of iPPSD patients.