Implication des variants non-codants dans les anomalies du développement oculaire

Implication of non coding mutations in ocular development defects

• Auteur / Autrice : Julie Plaisancié
• Direction : Cédric Le Caignec, Nicolas Chassaing
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génétique moléculaire
• Date : Soutenance le 29/06/2023
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie Santé Biotechnologies (Toulouse)
• Jury : Président / Présidente : Vincent Soler
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claude Speeg-Schatz, David Geneviève
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sandrine Marlin, Julien Thévenon
• DOI : 10.70675/22ede88dz9824z4bc6z9a48zce14d5d8b3e6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Oeil

Malformations

Mutation (biologie)

ADN non codant

Mots clés libres

Microphtalmie

Whole genome

Régions régulatrices

Facteur de transcription

Variant non codant

Aniridie

Microphthalmia

Whole genome

Regulatory regions

Transcription factor

Non coding variant

Aniridie

Résumé

Les anomalies congénitales de l’œil sont des malformations crânio-faciales relativement fréquentes chez l'Homme. Leur nature varie en fonction de la structure oculaire touchée. Un défaut dans les processus de développement peut affecter la formation des différents segments de l'œil, à l’origine de dysgénésies du segment antérieur et/ou postérieur, mais aussi affecter la croissance du globe oculaire, conduisant à des micro-anophtalmies. Ces anomalies malformatives peuvent survenir de façon isolée ou s’inclure dans des formes syndromiques. Leurs causes sont complexes et variées: environnementales, chromosomiques ou géniques. L’établissement d’un diagnostic étiologique est souvent difficile devant la variabilité phénotypique de ces atteintes oculaires et l’hétérogénéité génétique rencontrée pour chacune d’entre elles. Ces défauts de développement à l’origine de ces malformations oculaires surviennent lors des stades embryonnaires précoces. L’embryogénèse de l’œil est un processus complexe finement régulé au cours du temps. Cette régulation dépend en partie de facteurs de transcription capables de se lier à l’ADN pour réguler la transcription de gènes cibles. Certains de ces facteurs de transcription, tel que PAX6 ou FOXE3, ont déjà une implication reconnue dans ces malformations oculaires.La première partie de ce document (chapitres I-III) a pour objectif de poser les bases cliniques et génétiques des malformations oculaires abordées dans ce travail. Dans les chapitres I et II, nous introduirons le développement normal et anormal de l’œil ainsi que les données actuelles de la prise en charge des patients atteints de malformations oculaires, qui s’appuie entre autres sur un document de référence (PNDS sur les micro-anophtalmies publié en 2022 par notre équipe). Le chapitre III montre, à travers une série de travaux en cours et publiés, l’hétérogénéité clinique et génétique des malformations oculaires qui rend le diagnostic de ces anomalies compliqué et dont le rendement diagnostic reste finalement faible (<50%) malgré une analyse exhaustive des gènes connus. Les travaux de recherche que notre équipe a initiés ces dernières années ont permis d’améliorer la connaissance de la fréquence d’implication des gènes connus, des phénotypes associés aux mutations de ces gènes et proposer parfois des corrélations phénotype-génotype qui sont indispensables dans notre pratique clinique et biologique, constituant souvent une aide précieuse à l’interprétation des variants génétiques identifiés chez les patients. La seconde partie de ce document (chapitres IV-VII) s’intéresse à l’exploration de nouvelles causes de malformations oculaires chez les patients dont l’analyse des principaux gènes connus est revenue négative. A travers différents travaux, en cours et publiés, différentes approches sont illustrées (chapitre IV-V): la recherche de nouveaux gènes par stratégie d’exome, l’étude de gènes candidats issus de données chez l’animal, la recherche d'anomalies en mosaïque non détectée par les approches classiques et enfin l’étude des régions régulatrices des gènes du développement oculaire. Cette dernière piste est explorée à travers deux approches différentes: une approche ciblée (chapitre VI) basée sur l’existence établie de corrélation phénotype-génotype dans deux gènes responsables de malformations oculaires (travaux sur PAX6 et FOXE3) et une approche à l’aveugle (chapitre VII) par une analyse génome entier de patients atteints de malformations oculaires (13 trios) sans orientation diagnostique. Nos travaux illustrent en particulier le fait que les principaux des gènes, dont les mutations codantes sont responsables de malformations oculaires, ont probablement déjà été identifiés, et que notre regard doit désormais se porter sur la découverte et l’étude de mécanismes pathologiques alternatifs qui pourraient entraîner une dérégulation l’expression de ces gènes déjà impliqués dans développement oculaire.

Congenital eye anomalies are relatively common craniofacial malformations in humans. Their nature varies depending on the affected ocular structure. A defect in the developmental processes can affect the formation of the different segments of the eye, causing dysgeneses of the anterior and/or posterior segment, but also affect the growth of the eyeball, leading to micro-anophthalmia. These malformative anomalies can occur in isolation or be included in syndromic forms. Their causes are complex and varied: environmental, chromosomal or genic. Establishing an etiological diagnosis is often difficult given the phenotypic variability of these ocular anomalies and the genetic heterogeneity encountered for each of them. These developmental defects leading to these ocular malformations occur during the early embryonic stages. Embryogenesis of the eye is a complex process finely regulated over time. This regulation depends in part on transcription factors capable of binding to DNA to regulate the transcription of target genes. Some of these transcription factors, such as PAX6 or FOXE3, already have a recognized involvement in these ocular malformations.The first part of this document (chapters I-III) aims to lay the clinical and genetic bases of the ocular malformations addressed in this work. In chapters I and II, we will introduce the normal and abnormal development of the eye as well as current data on the management of patients with ocular malformations, which is mainly based on a reference document that we published recently (PNDS 2022 on micro-anophthalmia). Chapter III shows, through a series of works in progress and published, the clinical and genetic heterogeneity of ocular malformations which makes the diagnosis of these anomalies complicated and whose diagnostic yield ultimately remains low (<50%) despite an exhaustive analysis of the known genes. The research that our team has initiated in the recent years has allowed to improve knowledge about the frequency of involvement of known genes, about the phenotypes associated with the mutations of these genes and sometimes to propose genotype-phenotype correlations which are essential in our clinical and biological practice, often constituting a valuable aid to the interpretation of genetic variants identified in patients. The second part of this document (chapters IV-VII) focuses on the exploration of new causes of ocular malformations in patients whose analysis of the main known genes has returned negative. Through different works, in progress and published, different approaches are illustrated (chapters IV-V): the search for new genes by exome strategy, the study of candidate genes from animal data, the search for mosaic anomalies undetected by conventional approaches and finally the study of the regulatory regions of ocular development genes. This last avenue is explored through two different approaches: a targeted approach (chapter VI) based on the established existence of phenotype-genotype correlation in two genes responsible for ocular malformations (works respectively on PAX6 and FOXE3) and a blind approach (chapter VII) by using a whole genome analysis of patients with ocular malformations (13 trios) without diagnostic orientation. Our work illustrates in particular the fact that the main genes, whose coding mutations are responsible for ocular malformations, have probably already been identified, and that our focus must now be on the discovery and study of alternative pathological mechanisms that could deregulate the expression of those genes already involved in ocular development.