Comprendre et modéliser la Sclérose Latérale Amyotrophique à début précoce

Understanding and modeling of early onset Amyotrophic Lateral Sclerosis

• Auteur / Autrice : François Muratet
• Direction : Stéphanie Millecamps
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 06/04/2022
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut du cerveau (Paris ; 2009-....)
• Jury : Président / Présidente : Daniel Zytnicki
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Devos, Sandrine Caburet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nicolas Charlet-Berguerand, Suzie Lefebvre

Mots clés

Mots clés contrôlés

Neurogénétique

Fibroblastes

Mutation (biologie)

Sclérose latérale amyotrophique

Mots clés libres

SLA précoce

Génétique

Neuroscience

Trio

Exome

Mutation

Fibroblastes

Tissu autopsié

Early onset ALS

Genetics

Neuroscience

Résumé

La Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative débutant autour de 60 ans, irrémédiablement fatale. La grande majorité des cas sont dits sporadiques (SALS) mais une portion des patients (environ 5%) présente une forme familiale (FALS). A ce jour, plus de 40 gènes liés à la pathologie ont été décrits, dont 4 majeurs (C9orf72, SOD1, TARDBP et FUS). Il existe des formes plus précoces (débutant entre 16 et 35 ans, ySALS) pour lesquelles l’implication de facteurs génétiques a été suggérée. L’objectif de mon projet était de caractériser sur le plan génétique une large population composée de 150 ySALS dont 35 trios (un ySALS + ses deux parents non atteints) et d’étudier sur le plan fonctionnel des mutations d’intérêt sélectionnées au cours de cette analyse. D’une part, les analyses génétiques que nous avons menées sur les données d’exome (WES) ont montré, chez ces ySALS, (i) un enrichissement des mutations les 4 gènes majeurs et (ii) la prédominance des mutations dans FUS. L’interrogation de listes de gènes de SLA mais aussi d’autres pathologies du motoneurone (Maladie de Charcot-Marie-Tooth de type 2 et paraplégie spastique) a notamment permis l’identification de mutations dans les gènes ANXA11, ERLIN2 et TIA1. Nous avons montré que la paraplégie spastique due à des mutations dans ERLIN2 pouvait se transformer en SLA au fil du temps, élargissant le spectre clinique de ce gène. Par ailleurs, l’analyse de différents modes de transmission au sein des trios grâce aux données d’exome a abouti à l’identification de potentiels nouveaux gènes candidats. D’autre part, nous avons analysé la pathogénicité des variants identifié dans les gènes ANXA11 et TIA1 grâce (i) à des études neuropathologiques de tissus post-mortem de patients et/ou (ii) la caractérisation fonctionnelle de ces mutations dans des lymphoblastes et/ou fibroblastes issus de patients porteurs de ces mutations. Nous avons décrit un phénotype clinique, neuropathologique et fonctionnel pour les mutations dans ANXA11 associant notamment des accumulations spinale et corticale d’annexine A11 à une diminution de la stabilité des protéines mutées. Concernant TIA1, les analyses ont montré une altération de la voie des granules de stress ainsi qu’une augmentation de l’accumulation de TIA1 dans les fibroblastes de patients atteints de SLA. En parallèle, la mise en place des premiers essais clinique à destination des patients porteurs d’une mutation dans SOD1 nous a amenés à recenser l’ensemble des mutations SOD1 chez les FALS françaises et à caractériser la pathogénicité d’une mutation intronique particulièrement fréquente. Ce travail a donc permis (i) de démontrer la pathogénicité de nouvelles mutations et d’élargir le spectre clinique de certains gènes ayant des conséquences thérapeutiques concrètes, (ii) de considérer les fibroblastes comme un modèle de la SLA avec identification de certains marqueurs biologiques de la pathologie, (iii) de mieux caractériser une large cohorte de ySALS français sur le plan génétique et (iv) d’identifier de nouveaux candidats potentiels de ces formes particulières qui pourront être étudiés dans le futur.

Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) is a fatal neurodegenerative disease usually starting around 60 years old. Most cases are sporadic (SALS) but in some cases there is a familial history of the disease (FALS). To date, more than 40 genes have been identified, with four being major genetic causes (C9orf72, SOD1, TARDBP and FUS). Some patient present early onset ALS (starting between 16-35 years old, ySALS), a particular form of the disease with possible genetic contribution. My work was to genetically define a cohort of 150 ySALS including 35 trios (a ySALS + both unaffected parents) and study the functional consequences of various variants of interest. First, genetic analyses on exome data (WES) of the ySALS cohort showed (i) a mutation enrichment in the four major genes and (ii) the predominance of FUS mutations. We also interrogated other motor neuron disease genes (including Charcot-Marie-Tooth disease type 2 and hereditary spastic paraplegia) and identified mutations in ANXA11, ERLIN2 and TIA1 genes. We showed that HSP-causing mutations in ERLIN2 could lead to ALS over time. In addition, study of different modes of inheritance using WES trios data identified potential new candidate genes for the disease. Then, we determined the pathogenicity of ANXA11 and TIA1 mutations with (i) neuropathological studies on post-mortem patient tissue and/or (ii) functional analyses using lymphoblasts and/or fibroblasts of patients carrying the mutations. We described a clinical, neuropathological and functional phenotype of ANXA11 mutations with annexine A11 accumulation and decreased protein stability. For TIA1, analyses performed on ALS patient fibroblasts revealed a shared SGs pathway alteration and increased TIA1 accumulations. During my thesis, the development of clinical trials for patients carrying a SOD1 mutation led us to identify SOD1 mutations among French FALS and characterize the pathogenicity of a frequent nearsplice variant. Overall, this work allow to (i) demonstrate the pathogenicity of new mutations and expand the clinical spectrum of some genes with concrete therapeutics consequences, (ii) consider fibroblasts as an ALS cell model recapitulating some biological hallmarks, (iii) define the genetic landscape of a large cohort of French ySALS and (iv) identify new potential candidates genes for possible future studies.