Etude fonctionnelle de mutations du gène codant NKX2-1 associées à une atteinte respiratoire de l’enfant

Functional study of NKX2-1 gene mutations associated with lung disease in children

• Auteur / Autrice : Elodie Nattes
• Direction : Pascale Fanen, Ralph Epaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et moléculaire
• Date : Soutenance le 22/01/2019
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Créteil ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Mondor de Recherche Biomédicale (Créteil)
• Jury : Président / Présidente : Benoît Funalot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascale Fanen, Ralph Epaud, Caroline Kannengiesser-Decuyper
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Nadège Bondurand, Loïc Guillot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Génétique

Fibrose pulmonaire interstitielle diffuse

Mots clés libres

Nkx2-1

Enfants

Pneumopathie interstitielle diffuse

Nkx2-1

Children

Interstitial lung disease

Résumé

Les anomalies héréditaires du métabolisme du surfactant représentent 10% à 15% des causes de syndromes respiratoires associés à une atteinte pulmonaire alvéolo-interstitielle chez l’enfant. La synthèse de l’ensemble des protéines spécifiques du surfactant (SP-A, SP-B, SP-C et SP-D) et d’ABCA3 est contrôlée par le facteur de transcription NKX2-1 (NK2 homeobox 1). NKX2-1 est un membre de la famille des facteurs de transcription NK-2, identifié initialement comme une protéine nucléaire capable de fixer la thyroglobuline. Son expression est retrouvée au cours du développement du poumon, de la thyroïde et du système nerveux. Chez l’homme, une mutation du gène NKX2-1 a été retrouvée associée à un tableau regroupant de façon parfois incomplète des symptômes neurologiques, thyroïdiens et pulmonaires. Le tableau complet est appelé « Brain-Lung-Thyroid syndrome ». L’atteinte pulmonaire est caractérisée par une pathologie alvéolaire, responsable d’une détresse respiratoire néonatale et/ou d’une pathologie pulmonaire chronique plus ou moins sévère pouvant n’apparaître qu’à l’âge adulte. La triade « Cerveau-Poumon-Thyroïde » est rare et des associations cerveau-thyroïde sans manifestation respiratoire sévère sont le plus souvent décrites. Cette particularité pourrait être liée à un biais de recrutement, ces mutations ayant été recherchées initialement chez des enfants ayant une atteinte thyroïdienne ou neurologique. Nous avons donc initialement décrit l’atteinte pulmonaire, isolée ou non, associée à une mutation de NKX2-1. Cette cohorte a souligné entre autres l’atteinte pulmonaire variée allant de la détresse respiratoire néonatale à la fibrose pulmonaire se manifestant seulement à l’âge adulte, caractéristique des pathologies du surfactant.Notre objectif est donc :1/ d’étudier fonctionnellement les mutations identifiées chez des patients sur les lignées cellulaires pulmonaire et thyroïdienne2/ rechercher des cofacteurs pulmonaires qui pourraient exercer une activité synergique avec NKX2-1 sur les promoteurs des gènes cibles pulmonaires.Dans une première partie, j’ai comparé les mutations NKX2-1DUP et NKX2-1DEL, la première étant responsable de la triade symptomatique et la seconde d’une atteinte pulmonaire isolée. Ces deux mutations qui décalent le cadre de lecture produisent une protéine aberrante de 408 acides aminés avec une perte de l’homéodomaine. La localisation subcellulaire de ces protéines mutées est différente de la protéine sauvage. La protéine NKX2-1DEL est capable de transactiver le promoteur de la thyroglobuline avec le cofacteur PAX8, mais en revanche ne peut activer les promoteurs des gènes spécifiques du surfactant comme la protéine NKX2-1DUP.Dans une deuxième partie, l’analyse d’une famille porteuse de la mutation L191 de NKX2-1 sur trois générations mais dont seul l’enfant présente des symptômes respiratoires, a permis d’identifier par MedExome un variant sur un cofacteur pulmonaire de NKX2-1. L’enfant atteinte est porteuse de ce variant à l’état homozygote contrairement à ces parents et grands-parents. La coexistence de ces 2 variants modifie la localisation subcellulaire de la protéine NKX2-1. L’analyse fonctionnelle a permis de confirmer l’implication de ce deuxième gène dans la pathologie de cette enfant.Ces études contribuent à lever le voile sur l’hétérogénéité clinique des mutations de NKX2-1 et pointent l’importance des cofacteurs tissus spécifiques de la transactivation des gènes cibles pulmonaires et thyroïdiens. De plus, nous décrivons la première variation d’un cofacteur de NKX2-1 ayant un impact fonctionnel pulmonaire. Des mutations de cette protéine pourraient donc être impliquées dans les pathologies interstitielles diffuses isolées de l’enfant.

Hereditary abnormalities of surfactant metabolism account for 10% to 15% of the causes of respiratory syndromes associated with interstitial lung disease involvement in children. The synthesis of all surfactant specific proteins (SP-A, SP-B, SP-C and SP-D) and ABCA3 is controlled by the transcription factor NKX2-1 (NK2 homeobox 1). NKX2-1 is a member of the NK-2 transcription factor family, initially identified as a nuclear protein capable of binding thyroglobulin. Its expression is found during the development of the lung, thyroid and nervous system. In humans, a mutation of the NKX2-1 gene has been found associated with neurological, thyroid and/or pulmonary symptoms. The complete picture is called ''Brain-Lung-Thyroid Syndrome''. The pulmonary involvement is characterized by an alveolar pathology, responsible for a neonatal respiratory distress and / or a more or less severe chronic pulmonary pathology that can only appear in adulthood. The ''Brain-Lung-Thyroid'' triad is rare and brain-thyroid associations without severe respiratory manifestations are most often described. This particularity could be related to a recruitment bias, these mutations having been sought initially in children having a thyroid or neurological disease. We therefore initially described the pulmonary involvement, isolated or not, associated with a mutation of NKX2-1. This cohort highlighted, among other things, the varied pulmonary involvement ranging from neonatal respiratory distress to pulmonary fibrosis occurring only in adulthood.Our goal is:1 / to functionally study mutations identified in patients on pulmonary and thyroid cell lines2 / to look for pulmonary cofactors that could exert a synergistic activity with NKX2-1 on the promoters of the pulmonary target genes.In a first part, I compared the NKX2-1DUP and NKX2-1DEL mutations, the first being responsible for the symptomatic triad and the second for isolated pulmonary involvement. These two mutations that shift the reading frame produce an aberrant 408 amino acid protein with loss of the homeodomain. The subcellular localization of these mutated proteins is different from the wild-type protein. The NKX2-1DEL protein is capable of transactivating the thyroglobulin promoter with the PAX8 cofactor, but on the other hand cannot activate promoters of the surfactant-specific genes such as the NKX2-1DUP protein.In a second part, the analysis of a family carrying the L191 mutation of NKX2-1 over three generations but of which only the child has respiratory symptoms, allowed to identify by MedExome a variant on a pulmonary cofactor of NKX2. -1. The affected child carries this variant in the homozygous state unlike these parents and grandparents. The coexistence of these 2 variants modifies the subcellular localization of the NKX2-1 protein. Functional analysis has confirmed the involvement of this second gene in the pathology of this child.These studies shed light on the clinical heterogeneity of NKX2-1 mutations and point to the importance of specific tissue cofactors in the transactivation of pulmonary and thyroid target genes. In addition, we describe the first variation of an NKX2-1 cofactor with pulmonary functional impact. Mutations of this protein could therefore be involved in diffuse interstitial pathologies isolated from the child.