Génétique des mouvements en miroir congénitaux : recherche de nouvelles causes génétiques et étude in vitro de l’impact des variants RAD51 et NTN1

Genetics of congenital mirror movements : search for new genetic causesand in vitro study of the impact of RAD51 and NTN1 mutations

• Auteur / Autrice : Oriane Trouillard
• Direction : Emmanuel Roze, Caroline Dubacq
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 07/02/2023
• 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 : Christophe Verny
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christel Depienne, Kim Nguyen-Ba-Charvet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gaël Nicolas, Christel Thauvin-Robinet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Latéralité

Tractus pyramidaux

Maladies héréditaires

Mots clés libres

Génétique

Mouvements en miroir

Gène RAD51

Gène NTN1

Genetics

Mirror movements

RAD51 gene

NTN1 gene

Résumé

Le syndrome des mouvements en miroir congénitaux (CMM) est une maladie génétique rare correspondant à une perte de la latéralisation du contrôle moteur, rendant impossible la réalisation de gestes unimanuels purs ou bimanuels asymétriques. Les patients ont un défaut de croisement de la ligne médiane par le faisceau corticospinal (FCS). A ce jour, trois gènes responsables de CMM sont identifiés : DCC, NTN1 et RAD51. L’étude du rôle de ces gènes et de l’impact des variants permet de mieux comprendre les mécanismes de mise en place du FCS et la physiopathologie des CMM. Dans deux tiers des cas index de notre cohorte CMM, la cause génétique demeure inconnue. La recherche de variants par séquençage d’exome nous a permis d’identifier plusieurs gènes candidats prometteurs dont la causalité reste à confirmer. Le récepteur DCC et son ligand nétrine-1 jouent un rôle crucial dans le guidage des axones commissuraux. En étudiant de nouveaux variants NTN1 identifiés chez des patients CMM et/ou avec une agénésie du corps calleux, nous avons confirmé que les CMM sont causés spécifiquement par un défaut de présence de nétrine-1 dans l’espace extra-cellulaire. RAD51 est un acteur clé de la recombinaison homologue : son rôle dans le développement du FCS est donc inattendu. Nous avons démontré sur des cellules de patients CMM-RAD51 que l'haploinsuffisance de RAD51 est le mécanisme unique à l’origine des CMM. Une compensation post-transcriptionnelle rend probablement compte de la pénétrance incomplète dans les familles CMM-RAD51. L’étude des protéines RAD51 mutantes a démontré la perte de fonction de ces protéines, notamment un défaut de polymérisation, qui est associée à une localisation subcellulaire différentielle dans les neurites des neurones corticospinaux de souris en culture. L’équilibre de polymérisation de RAD51 pourrait donc être critique pour son rôle cytoplasmique dans le développement du FCS et l’ARN pourrait être un partenaire cytoplasmique dans ce nouveau rôle de RAD51.

The syndrome of congenital mirror movements (CMM) is a rare genetic disorder characterized by an altered lateralization of motor control. Patients can’t perform pure unimanual or asymmetric bimanual movements. The midline crossing of their corticospinal tract (CST) is impaired. Three causative genes have been identified: DCC, NTN1 and RAD51. Studying the role of these genes and the impact of their variants allows a better understanding of the mechanisms of CST development and CMM pathogenesis. The genetic cause remains unknown for two thirds of the index cases in our CMM cohort. Through exome sequencing, we identified several promising candidate genes that remain to be confirmed. The DCC receptor and its ligand netrin-1 play a crucial role in commissural axon guidance. By studying new NTN1 variants identified in patients with CMM and/or corpus callosum agenesis, we confirmed that CMM are specifically caused by a defect in the presence of netrin-1 in the extracellular compartment. RAD51 is a key player in homologous recombination: its role in the development of CST is therefore unexpected. We demonstrated in CMM-RAD51 patients’ cells that RAD51 haploinsufficiency is the unique mechanism leading to CMM. Post-transcriptional compensation like accounts for incomplete penetrance in CMM-RAD51 families. Study of mutant RAD51 proteins demonstrated a loss of function, especially an impaired polymerization, with a differential subcellular location in neurites of cultured mouse corticospinal neurons. Thus, the polymerization balance of RAD51 may be important for its cytoplasmic role in the development of CST, and RNA may be a cytoplasmic partner in this novel role of RAD51.