Physiopathologie d'un trouble neurocardiaque associé au récepteur de la ryanodine via l’outil iPSC et l’organe-sur-puce dérivé du patient

Pathophysiology of a ryanodine receptor-associated neuro-cardiac disorder via iPSC tool and patient-derived organ-on-chip

• Auteur / Autrice : Sarah Colombani
• Direction : Albano Meli, Alain Lacampagne
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 03/07/2023
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : PhyMedExp - Physiologie et Médecine Expérimentale du Coeur et des Muscles
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : 1. Dynamiques des couplages cardiaques
• Jury : Président / Présidente : Nathalie GUéRINEAU
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Albano Meli, Alain Lacampagne, Frédérique Bonnet-brilhault, Nathalie Gaborit, Philippe Chevalier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédérique Bonnet-brilhault, Nathalie Gaborit

Mots clés

Mots clés libres

Calcium

Cardiomyocyte

Récepteur de la ryanodine

Neurone

Tvpc

Cellule souche

Stem cell

Calcium

Neurone

Cpvt

Ryanodine receptor

Cardiomyocyte

Résumé

La tachycardie ventriculaire polymorphe catécholaminergique (TVPC) est une arythmie génétique sévère associée à un dysfonctionnement, dans plus de 80% des cas, du récepteur de la ryanodine cardiaque de type 2 (RyR2). Elle se manifeste par une tachycardie ventriculaire, induite par les catécholamines libérées par le système nerveux sympathique, qui conduisent à une syncope voire à la mort subite. Les patients atteints de TVPC peuvent également développer des troubles neuro-psycho-comportementaux, dont l'autisme. L'autisme est un trouble neurodéveloppemental qui se manifeste dès le plus jeune âge. Il se caractérise par des difficultés d'interaction sociale et de communication, ainsi que par un comportement restreint et répétitif. Les recherches suggèrent que l'autisme se développe à partir d'une combinaison d'influences génétiques et non génétiques, ou environnementales. Les caractéristiques comportementales et cognitives de l'autisme sont associées à des anomalies généralisées du système nerveux central. À partir d’une cohorte de plus de 70 patients TVPC (Tachycardie Ventriculaire Polymorphe Catécholaminergique) dont 25% présentent des troubles neuro-psycho-comportementaux, nous nous sommes intéressés à un patient porteur d’une mutation génétique sur le récepteur de la Ryanodine 2 (RyR2) diagnostiqué pour le syndrome TVPC et l’autisme. Le RyR2 étant exprimé dans le cœur et le cerveau, et sur la base de nos travaux antérieurs, nous émettons l'hypothèse qu’une mutation du RyR2, responsable de fuites calciques, affecterait les cardiomyocytes et les neurones impliqués respectivement dans la TVPC et l’autisme observés chez ce patient. L’objectif principal de ma thèse est de modéliser le syndrome TVPC associé à l’autisme en utilisant l’outils hiPSC. À partir des cellules souches du patient atteint de TVPC et d’autisme, nous avons généré des cardiomyocytes et des neurones. Nos données montrent que les neurones et les cardiomyocytes du patient présentent des perturbations de la structure du RyR2 et de l’homéostasie calcique, potentiellement due à des fuites calciques du RyR2, muté. Nous avons également montré une altération de la morphologie et des quantités de neurotransmetteurs sécrétés par les neurones du patient. Le traitement par le S107, une petite molécule permettant une stabilisation du RyR2, est capable de prévenir une grande partie des altérations observées. Ces travaux suggèrent pour la première fois un lien entre le RyR2 et l’autisme.

Catecholaminergic polymorphic ventricular tachycardia (CPVT) is a severe genetic arrhythmia associated with dysfunction, in more than 80% of cases, of the cardiac ryanodine receptor type 2 (RyR2). It manifests as ventricular tachycardia, induced by catecholamines released by the sympathetic nervous system, leading to syncope and even sudden death. Patients with CPT may also develop neuro-psycho-behavioral disorders, including autism. Autism is a neurodevelopmental disorder that manifests itself at an early age. It is characterized by difficulties with social interaction and communication, as well as restricted and repetitive behavior. Research suggests that autism develops from a combination of genetic and non-genetic or environmental influences. The behavioral and cognitive features of autism are associated with generalized central nervous system abnormalities. From a cohort of more than 70 CPVT (Catecholaminergic Polymorphic Ventricular Tachycardia) patients, 25% of whom have neuro-psycho-biological disorders, we focused on a patient with a genetic mutation on the Ryanodine receptor 2 (RyR2) diagnosed with CPVT syndrome and autism. RyR2 being expressed in the heart and the brain, and based on our previous work, we hypothesize that a mutation of RyR2, responsible for calcium leakage, would affect the cardiomyocytes and neurons involved respectively in TVPC and autism observed in this patient. The main objective of my thesis is to model the TVPC syndrome associated with autism using hiPSC tools. From the stem cells of the patient with TVPC and autism, we generated cardiomyocytes and neurons. Our data show that the patient's neurons and cardiomyocytes exhibit disturbances in RyR2 structure and calcium homeostasis, potentially due to calcium leakage from the mutated RyR2. We also showed an alteration of the morphology and the quantities of neurotransmitters secreted by the patient's neurons. The S107 treatment, allowing a stabilization of RyR2, is able to prevent a large part of the observed alterations. This work suggests for the first time a link between RyR2 and autism.