Conséquences physiopathologiques d’une mutation faux sens X-fragile

Pathophysiological consequences of a Fragile X missense mutation

• Auteur / Autrice : Marta Prieto Garcia
• Direction : Stéphane Martin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 02/06/2020
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Nice ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Côte d’Azur (2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de pharmacologie moléculaire et cellulaire (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Jury : Président / Présidente : Barbara Bardoni
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Barbara Bardoni, Jonathan Hanley, Julie Perroy, Frédéric Laumonnier
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jonathan Hanley, Julie Perroy

Mots clés

Mots clés contrôlés

Syndrome de l'X fragile

Sumoylation

Synapses

Mots clés libres

Syndrome du X fragile (SFX)

FMRP

R138Q

Synapse

Sumoylation

FXS

FMRP

R138Q

Synapse

Sumoylation

Résumé

Mon projet de thèse vise à élucider les conséquences physiopathologiques d'une mutation faux sens sur le gène FMR1 identifiée chez des patients atteints du syndrome du X fragile (SXF). Le SXF est la forme la plus fréquente de déficience intellectuelle (DI) héréditaire et l'une des principales causes monogéniques connues d’autisme pour laquelle il n'existe pas de traitement efficace. Cette maladie est généralement causée par une expansion anormale du triplet CGG dans le 5' UTR du gène FMR1, entraînant son extinction transcriptionnelle et en conséquence, la perte d'expression de la protéine FMRP. FMRP est une protéine liant les ARNm et les transportant dans des granules le long des dendrites jusqu’à la base des synapses actives pour permettre la régulation de la traduction locale. Une des caractéristiques principales du SXF est la surabondance de protrusions dendritiques immatures qui conduisent à des déficits de transmission et de plasticité synaptiques. Plusieurs mutations faux sens du gène FMR1 ont été récemment identifiées chez les patients atteints de SXF. Trois patients sans lien de parenté, dont une femme, présentaient la mutation R138Q dans FMRP. Il est intéressant de noter que cette mutation se localise près d'un des sites actifs de la SUMOylation de FMRP, le résidu de lysine 130 (K130). Nous avons démontré que la SUMOylation de FMRP en réponse à l’activation des récepteurs mGlu5R est responsable de sa dissociation des granules d'ARNm, permettant ainsi la libération et la traduction locale de ses cibles d'ARNm. En retour, les épines dendritiques surnuméraires sont éliminées et/ou maturées. Nous avons donc émis l'hypothèse que la mutation R138Q pourrait modifier la régulation de la SUMOylation de FMRP et par conséquent, sa fonction synaptique, participant ainsi à l'étiologie du SXF chez ces patients. À cette fin, nous avons généré un modèle de souris knock-in (R138Q-KI) portant la mutation humaine FMRP-R138Q. Lors de ma thèse, j'ai caractérisé ce nouveau modèle de souris sur le plan moléculaire, cellulaire, électrophysiologique et comportemental.

My PhD project aims to unravel the pathophysiological consequences of an FMR1 missense mutation identified in Fragile X Syndrome (FXS) patients. FXS is the most frequent form of inherited Intellectual Disability (ID) and a leading monogenic cause of autism for which there are no effective therapies available. This disorder is typically caused by an abnormal expansion of CGG repeats within the 5’ UTR of the FMR1 gene, resulting in its transcriptional silencing and consequently, the loss-of-expression of the FMRP protein. FMRP is an RNA-binding protein that transports mRNAs in granules along dendrites to the base of active synapses for local translation in an activity-dependent manner. A hallmark of FXS is the hyper-abundance of immature dendritic protrusions, leading to synaptic transmission and plasticity deficits. Several FMR1 missense mutations were recently identified in FXS patients. Among them, three unrelated patients presented the same R138Q mutation, including one female. Interestingly, this mutation localizes close to one of the active SUMO sites of FMRP, the lysine 130 (K130) residue. We showed that the mGlu5R-dependent sumoylation of FMRP triggers its dissociation from mRNA granules, allowing the release and local translation of its mRNA targets which in turn, regulate spine maturation and elimination. We thus hypothesized that the R138Q mutation may alter the mGlu5R-dependent FMRP sumoylation and consequently, its synaptic function, thereby participating in the aetiology of FXS in these patients. To this purpose, we generated an Fmr1 R138Q knock-in (R138Q-KI) mouse model. Here, I present the results obtained during my PhD on the characterization of this novel mouse model at the molecular, cellular, electrophysiological and behavioural levels.