Exploration des mécanismes étiopathogéniques des pathologies de la puberté

Exploration of the etiopathogenic mechanisms of pubertal disorders

• Auteur / Autrice : Clémence Delcour
• Direction : Nicolas De Roux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génétique
• Date : Soutenance le 17/12/2024
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Maladies neurodéveloppementales et neurovasculaires (Paris ; 2005-....)
• Jury : Président / Présidente : Geneviève Plu-Bureau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hervé Tostivint, Olivier Sibony
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sylvie Jaillard-Herrebrecht, Valérie Simonneaux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gonadotrophines

Maladies

Génétique

Puberté

Mots clés libres

Puberté

Génétique

Neuro-endocrinologie

ERx

MKRN3

Génome

Puberty

Genetics

Neuro-Endocrinology

ERalpha

MKRN3

Genome

Résumé

Le développement de l'axe gonadotrope (HHG) débute pendant la vie foetale mais ne s'achève qu'une fois la puberté terminée. De nombreux acteurs interviennent à chaque étape et le défaut de l'un d'entre eux peut mener à des pathologies de la puberté ou des troubles de la fertilité à l'âge adulte. Les facteurs génétiques ont une place centrale dans le développement de l'axe HHG et l'étude génétique des pathologies de la puberté a permis des avancées majeures dans la compréhension des mécanismes moléculaires sous-jacents, bien qu'il subsiste toujours de nombreuses inconnues. Pour mon travail de thèse, j'ai choisi d'explorer la génétique des maladies de la puberté afin de mieux comprendre les mécanismes étiopathogéniques de ces maladies complexes. Dans un premier temps, j'ai eu l'opportunité d'étudier une famille consanguine au sein de laquelle deux soeurs présentaient une absence de puberté associée à une augmentation des concentrations d'oestradiol et des gonadotrophines. Nous avons mis en évidence un variant rare à l'état homozygote dans le récepteur alpha de l'oestradiol (ERalpha). L'étude in vitro du récepteur muté a montré une diminution de son activité régulatrice sur un promoteur contenant des éléments de réponse à l'oestradiol ainsi qu'une activation paradoxale ligand-indépendante du promoteur de KISS1. L'étude de ces cas permet de mieux comprendre les conséquences des mutations perte de fonction de ERalpha ainsi que les mécanismes de régulation exercés par l'oestradiol via ERalpha. Dans un second temps, je me suis intéressée à la génétique de la puberté précoce centrale (PPC) et particulièrement au gène MKRN3 (Makorin ring finger protein 3) puisqu'il s'agit de la cause génétique la plus fréquente de la PPC. MKRN3 est un gène soumis à empreinte maternel dont la fonction protéique n'est pas connue. La détermination de la pathogénicité des variants faux-sens associés à la PPC repose presque exclusivement sur les analyses in silico. Dans cette partie de mon travail, j'ai montré que les outils usuels d'analyse in silico ne sont pas performants pour déterminer la pathogénicité des variants faux-sens rares de MKRN3. J'ai également proposé une nouvelle approche pour annoter la pathogénicité des variants basée sur l'analyse de la contrainte mutationnelle de MKRN3 et la conservation des acides aminés au sein de la famille des protéines MKRN. Les PPC avec transmission maternelle représentent la majorité des PPC familiales et ne sont pas expliquées par une mutation de MKRN3. J'ai cherché à identifier de nouveaux gènes impliqués dans la PPC de transmission maternelle, en partant de l'hypothèse qu'il pourrait exister un gène majeur selon un modèle monogénique. Pour cela, j'ai sélectionné 27 patients provenant de 18 familles chez qui l'analyse d'un panel de gènes associés à la PPC n'était pas contributive. L'analyse des variants sur les régions codantes combinée à l'analyse des variations du nombre de copies (CNV) sur l'ensemble du génome m'a permis d'identifier des gènes candidats dont la fréquence a été évaluée sur une cohorte réplicative de 48 patients par séquençage à haut débit (NGS). Cette analyse n'a pas permis d'identifier un gène majeur. Toutefois, nous avons identifié des variants perte de fonction dans deux gènes pour lesquels l'analyse de l'expression hypothalamique chez la souris a montré une diminution pendant la phase juvénile, suggérant leur implication dans le contrôle post-natal de la maturation de l'axe HHG. Cette troisième partie indique que la PPC est une maladie génétique complexe. Ce travail de thèse permet de mieux comprendre les conséquences cliniques et biologiques de la perte de fonction de ERalpha. Il confirme la complexité du contrôle génétique du développement et de la maturation de l'axe HHG. Finalement, il montre que l'annotation des variants pour les maladies de la puberté est complexe et que les analyses in-silico actuelles ne sont pas adaptées à l'étude de la PPC.

The development of the gonadotropic axis (HHG) begins during fetal life but is not completed until puberty. Numerous players are involved at each stage, and a defect in any one of them can lead to pubertal pathologies or fertility disorders in adulthood. Genetic factors play a central role in the development of the HHG axis, and the genetic study of pubertal pathologies has led to major advances in our understanding of the underlying molecular mechanisms, although there are still many unknowns. For my thesis work, I chose to explore the genetics of pubertal diseases in order to better understand the etiopathogenic mechanisms of these complex disorders. First, I had the opportunity to study a consanguineous family in which two sisters showed an absence of puberty associated with increased concentrations of estradiol and gonadotropins. We identified a rare homozygous variant in the estradiol receptor alpha (ERalpha). In vitro study of the mutated receptor showed a decrease of its regulatory activity on a promoter containing Estradiol Response Elements, as well as a paradoxical ligand-independent activation of the KISS1 promoter. The study of these cases provides a better understanding of the consequences of ERalpha loss-of-function mutations and the regulatory mechanisms exerted by estradiol via ERalpha. Next, I focused on the genetics of central precocious puberty (CPP), and in particular the MKRN3 (Makorin ring finger protein 3) gene, since its mutations are the most common genetic cause of CPP. MKRN3 is a maternally imprinted gene whose protein function is unknown. Determining the pathogenicity of CPP-associated missense variants relies almost exclusively on in silico analyses. In this part of my work, I have shown that the usual in silico analysis tools do not efficiently determine the pathogenicity of rare MKRN3 missense variants. I have also proposed a new approach to annotate the pathogenicity of variants based on the analysis of MKRN3 mutational constraint and amino acid conservation within the MKRN protein family. Maternally inherited CPP accounts for the majority of familial CPP and is not explained by a mutation in MKRN3. I aimed to identify new genes involved in maternally inherited CPP, based on the hypothesis that a major gene might exist in a monogenic model. For this purpose, I selected 27 patients from 18 families in whom analysis of a panel of genes associated with CPP was non-contributory. Analysis of variants in coding regions combined with genome-wide copy number variation (CNV) analysis led to the identification of candidate genes whose frequency was assessed on a replicative cohort of 48 patients by high-throughput sequencing (NGS). This analysis failed to identify a major gene. However, we did identify loss-of-function variants in two genes for which mouse hypothalamic expression analysis showed a decrease during the juvenile phase, suggesting their involvement in the post-natal control of HHG axis maturation. This study shows that CPP is a complex genetic disease. My research provides a better understanding of the clinical and biological consequences of loss of ERalpha function. It confirms the complexity of genetic control of development and maturation of the HHG axis. Finally, it shows that the annotation of variants for pubertal diseases is complex and that current in-silico analyses are not adapted to the study of CPP.