Identification et caractérisation de formes rares de surcharge en fer : analyses structurales et fonctionnelles de la ferroportine et étude de la régulation à distance du gène SLC40A1

Identification and characterization of rare forms of iron overload : structural and functional analyses of ferroportin and study of the long-range regulation of the SLC40A1 gene

• Auteur / Autrice : Kevin Uguen
• Direction : Gérald Le Gac
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génétique, génomique, bioinformatique
• Date : Soutenance le 15/12/2022
• Etablissement(s) : Brest
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génétique, Génomique fonctionnelle et Biotechnologies (Brest ; 2012-....)
• Jury : Président / Présidente : Claude Férec
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gérald Le Gac, Claude Férec, Amélie Piton, Delphine Meynard, Isabelle Callebaut, Laurent Gouya, Eric Soler
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Amélie Piton, Delphine Meynard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ferroprotéines

Hyperferritinémie

Fer dans l'organisme

Mots clés libres

Métabolisme du fer

Surcharges en fer liées au gène SLC40A1

Ferroportine

Hepcidine

Protéines MFS

Régulation à distance

Iron metabolism

Iron overload linked to the SLC40A1 gene

Ferroportin

Hepcidin

MFS proteins

Long-range regulation

Résumé

La ferroportine (FPN1) est le seul exportateur de fer connu chez les mammifères. Cette protéine de 12 domaines transmembranaires fait partie de la famille des transporteurs MFS (« Major Facilitator Superfamily ») et est régulée négativement par l’hepcidine. Les mutations dans le gène SLC40A1 codant FPN1 sont responsables de deux phénotypes distincts, la maladie de la ferroportine et l’hémochromatose de type 4, en fonction de l’impact fonctionnel des variations : perte ou gain de fonction. A ce jour, plus de 60 variations, quasi-exclusivement faux-sens, sont décrites dans la littérature. Durant ma thèse, je me suis d’abord attaché à mieux rendre compte de l'hétérogénéité allélique au locus SLC40A1. Au travers d’une analyse exhaustive de la littérature, j’ai réalisé une interprétation clinique, structurale et fonctionnelle d’un ensemble de 65 variants rares à très rares et proposé des corrélations génotype-phénotype originales dans le cadre d’un premier article et de la création d’une base de données spécialisée. J’ai caractérisé huit nouvelles variations faux-sens identifiées dans le cadre de différentes collaborations nationales avec, à la clé, la description de nouveaux mécanismes physiopathologiques associant perte et gain de fonction. Des analyses structurales basées sur les structures tridimensionnelles de FPN1 chez l’homme et la bactérie (BbFPN) m’ont permis d’expliquer cette ambivalence et de révéler des aspects nouveaux du mécanisme d’export du fer chez l’homme et de sa régulation par l’hepcidine. Ces différents points seront à la base de deux autres publications originales. Enfin, j’ai exploré les possibles mécanismes de régulation à distance du gène SLC40A1, à travers la combinaison d’études in silico et de validations in vitro (tests luciférase, capture de la chromatine, édition génique).

Ferroportin (FPN1) is the sole known iron exporter in mammals. This 12 transmembrane domain protein is a member of the Major Facilitator Superfamily (MFS) of transporters and is negatively regulated by hepcidin. Mutations in the SLC40A1 gene encoding FPN1 are responsible for two distinct phenotypes, ferroportin disease and hemochromatosis type 4, depending on the functional impact of the variations: lossor gain-of-function. To date, more than 60 variations, almost exclusively missense, are described in the literature. During my thesis, I first tried to better account for allelic heterogeneity at the SLC40A1 locus.Through an exhaustive analysis of the literature, I performed a clinical, structural and functional interpretation of a set of 65 rare to very rare variants and proposed original genotype-phenotype correlations in the context of a first article and the creation of a locus-specific database. I characterized eight new missense variations identified thanks to different national collaborations with, as a result, the description of new physiopathological mechanisms associating both loss- and gain-of-function. Structural analyses based on the three-dimensional structures of FPN1 in humans and bacteria (BbFPN) allowed me to explain this ambivalence and to reveal new aspects of the iron export mechanism in humans and its regulation by hepcidin. These different points will be the basis of two other original publications. Finally, I explored the putative mechanisms of long-range regulation of the SLC40A1 gene, through a combination of in silico studies and in vitro validations (luciferase assays, chromatin capture, gene editing).