Identification et caractérisation de nouvelles mutations hétérozygotes perte de fonction du gène STAT3 permettant une clarification des bases moléculaires du syndrome HyperIgE autosomique dominant

Novel heterozygous STAT3 mutations clarify the molecular basis of the hyper IgE syndrome

• Auteur / Autrice : Joëlle Khourieh
• Direction : Jean-Laurent Casanova
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Immunologie
• Date : Soutenance le 28/11/2018
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Paris Descartes (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Rieux-Laucat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Laurent Casanova, Frédéric Rieux-Laucat, Isabelle Meyts, Rebecca Pérez de Diego, Ahmed Aziz Bousfiha, Bertrand Boisson, Claire Fieschi
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Isabelle Meyts, Rebecca Pérez de Diego

Mots clés

Mots clés contrôlés

Immunoglobuline E

Mutation (biologie)

Mots clés libres

Stat3

Ad-Hies

Dominant-négatif

Haploinsuffisance

Stat3

Ad-Hies

Dominant-negative

Haploinsufficiency

Résumé

À ce jour, STAT3 est le seul gène pour lequel des mutations dans les régions codantes sont à l'origine du syndrome hyper-immunoglobuline E autosomique dominant (AD-HIES). Cependant, l'étiologie génétique de 5% des individus répondant aux critères cliniques pour l'AD-HIES reste inconnue. En combinant le séquençage de l'exome entier et l'analyse de liaison génétique, nous avons identifié la première mutation hétérozygote STAT3 intronique, c.1282-89C>T, causant l'AD-HIES chez sept patients de la même famille. Cette mutation crée un nouvel exon au niveau de l'ADNc de STAT3 (D427ins17). Nous avons également identifié deux nouvelles mutations STAT3 non-sens; c.1552C>T conduisant à une protéine tronquée avec un codon stop dans le domaine de liaison de STAT3 (R518*) chez un patient souffrant de l'AD-HIES, et c.2091delT conduisant à une protéine tronquée avec un codon stop entraînant un décalage du cadre de lecture dans le domaine de transactivation de STAT3 (D698Tfs*9) chez deux apparentés atteints de la tuberculose. Dans un système de surexpression, les trois protéines STAT3 mutantes sont perte de fonction en terme de phosphorylation de la tyrosine, de liaison à l'ADN et d'activité transcriptionnelle. Dans les lymphocytes B des patients, les deux allèles non-sens ne sont pas exprimés alors que nous avons trouvé par spectrométrie de masse que l'allèle D427ins17 ne représente que 5 à 20% du STAT3 total dans les cellules du patient. L'activation des leucocytes du patient a démontré une faible réponse aux cytokines STAT3-dépendantes, comme d'autres patients avec l'AD-HIES. Dans un système de surexpression, nous avons montré que les allèles D427ins17 et D698Tfs*9 sont également dominants-négatifs, alors que l'allèle R518* est neutre. Ce travail démontre l'importance du séquençage des introns dans l'établissement du diagnostic génétique pour l'AD-HIES. De plus, l'étude de l'allèle D427ins17 suggère que les mutations provoquant l'AD-HIES peuvent exercer un effet dominant-négatif même lorsqu'elles sont exprimées à des niveaux significativement inférieurs à ceux de la protéine de type sauvage. En revanche, l'étude de l'allèle R518* suggère l'haploinsuffisance comme étant un autre mécanisme susceptible d'entraîner l'AD-HIES; cependant, l'identification et la caractérisation d'un plus grand nombre de mutations non-sens sont nécessaires avant de pouvoir tirer des conclusions définitives.

To date STAT3 is the only gene in which variants in coding regions are known to cause Autosomal Dominant Hyper-Immunoglobulin E Syndrome (AD-HIES). Yet, the genetic etiology of 5% of individuals meeting the clinical criteria for AD-HIES remains unknown. Combining whole exome sequencing and genetic linkage analysis, we identified the first deep intronic heterozygous STAT3 mutation, c.1282-89C>T, causing AD-HIES in seven relatives. This mutation creates a new exon in the STAT3 cDNA (D427ins17). We also identified two novel nonsense STAT3 mutation; c.1552C>T leading to a truncated protein with a stop codon in the STAT3 linker domain (R518*) in a patient with AD-HIES, and c.2091delT leading to a truncated protein with a stop codon with a frameshift in STAT3 transactivation domain (D698Tfs*9) in two relatives with tuberculosis. Upon over-expression, the three mutant STAT3 proteins are loss of function in terms of tyrosine phosphorylation, DNA-binding, and transcriptional activity. In patient's B cells, R518* and D698Tfs*9 alleles are not expressed whereas we found by mass spectrometry that the D427ins17 allele only represents 5 to 20% of total STAT3 in the patient's cells. Activation of patient's leucocytes demonstrated a poor respond to STAT3-dependent cytokines, like other patients with AD-HIES. Upon overexpression, we show that D427ins17 and D698Tfs*9 are equally dominant-negative alleles, whereas R518* allele is neutral. This work emphasis the importance of intron sequencing in the establishment of genetic diagnostics in AD-HIES. Moreover, the study of the D427ins17 allele suggests that AD-HIES-causing mutations can exert their negative-dominance even when expressed at significantly lower levels than the wild-type protein. On the other hand, the study of R518* allele shed the light on haploinsufficiency as another possible mechanism causing AD-HIES; however, the identification and characterization of more nonsense mutations is necessary before drawing any firm conclusions.