Origine cellulaire de la déformation de la colonne vertébrale dans la neurofibromatose de type 1

Cellular origin of spine deformity in Neurofibromatosis type 1

• Auteur / Autrice : Franceska Kovaci
• Direction : Celine Colnot
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et moléculaire
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 26/11/2024
• Etablissement(s) : Paris 12
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences de la Vie et de la Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IMRB - Institut Mondor de Recherche Biomédicale
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Equipe RELAIX - Biologie du système neuromusculaire
• Jury : Président / Présidente : Laurence Lagai-mallet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Celine Colnot, Anne Camus, Piotr Topilko, Jérome Guicheux, Hang Korng ea
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jérome Guicheux, Hang Korng ea

Mots clés

Mots clés libres

Scoliosis

Origine cellulaire

Nf1

Scoliosis

Cellular origine

Nf1

Résumé

La Neurofibromatose de type 1 (NF1) est une maladie affectant 1 personne sur 3000 et liée à des mutations hétérozygotes du gène NF1. Les patients atteints de NF1 peuvent développer de multiples symptômes tels que des macules café-au-lait (CALMs), des neurofibromes cutanés et plexiformes (cNFBs et pNFBs) et des anomalies osseuses, y compris la pseudarthrose congénitale de jambe et des déformations de la colonne vertébrale. Pour élucider l'origine cellulaire des déformations de la colonne vertébrale dans la NF1, nous avons exploré le modèle de souris Prss56-Nf1 knockout (KO) qui reproduit fidèlement les symptômes de cNFBs, pNFBs et de pseudarthrose. Chez les souris Prss56-Nf1 KO, le gène Nf1 est inactivé dans les cellules des capsules frontières (BC) exprimant Prss56, une sous-population des cellules de la crête neurale, et leurs dérivés. Des analyses par micro-CT ont montré que les souris Prss56-Nf1 KO reproduisent la scoliose et la cyphose à 12 et 14-20 mois. Les déformations de la colonne vertébrale chez les souris Prss56-Nf1 KO étaient associées à des anomalies vertébrales (fusion, érosion, cunéiforme) observées chez les patients atteints de NF1. Des études de lignage in vivo des cellules dérivées des BC marquées par le rapporteur Tomato a révélé une augmentation significative du signal tdTom+ correspondant à une augmentation significative des ostéoblastes tdTom+OSX+ dans les vertèbres des souris Prss56-Nf1 KO par rapport aux souris contrôle à 14-20 mois. L'augmentation du signal tdTom+ était corrélée avec une augmentation du volume osseux et de la courbure de la colonne vertébrale en cyphose, indiquant qu'une augmentation des ostéoblastes déficients en Nf1 dans les vertèbres mutantes peut entraîner des modifications des paramètres osseux et, par conséquent, une déformation de la colonne vertébrale en cyphose. Le ciblage de la voie hyperactivée RAS-MAPK dans les ostéoblastes/ostéocytes déficients en Nf1 à l'aide d'inhibiteurs combinés de MEK/SHP2 a empêché les déformations de la colonne vertébrale chez les souris Prss56-Nf1 KO. Le modèle de souris Prss56-Nf1 KO a donc permis de révéler le rôle des ostéoblastes dérivés des BC dans les déformations de la colonne vertébrale liées à NF1 et de proposer une stratégie thérapeutique prometteuse combinant des inhibiteurs de MEK/SHP2 pour prévenir les déformations de la colonne vertébrale dans la NF1.

Neurofibromatosis type 1 (NF1) is a disorder affecting 1 in 3000 people due to heterozygous mutations in the NF1 gene. Patients with NF1 can develop multiple symptoms such as café-au-lait macules (CALMs), cutaneous and plexiform neurofibromas (cNFBs and pNFBs), and bone abnormalities, including congenital pseudarthrosis of the tibia and spine deformities. To elucidate the cellular origin of NF1 spine deformities, we explored the Prss56-Nf1 knockout (KO) mouse model that faithfully recapitulates cNFBs, pNFBs symptoms, and pseudarthrosis. In Prss56-Nf1 KO mice, Nf1 gene is inactivated in Prss56-expressing boundary cap (BC) cells, a neural crest subset, and their derivatives. Micro-CT analyses from 3 to 20 months of age showed that Prss56-Nf1 KO mice recapitulate scoliosis and kyphosis at 12 and 14-20 months. Spine deformity in Prss56-Nf1 KO mice was associated with vertebral anomalies (fusion, scalloping, wedging) as observed in NF1 patients. In vivo fate mapping of BC-derived cells marked by the tomato reporter revealed a significant increase of tdTom+ signal corresponding to a significant increase of tdTom+OSX+ osteoblasts in the vertebrae of Prss56-Nf1 KO mice compared to control at 14-20 months of age. The increase of tdTom+ signal correlated with increased bone volume and with kyphosis spine curvature, indicating that an increase in Nf1-deficient osteoblasts in mutant vertebrae can lead to changes in bone parameters and subsequently to kyphosis spine deformity. Targeting hyperactivated RAS-MAPK pathway in Nf1 deficient osteoblasts/osteocytes using combined MEK/SHP2 inhibitors prevented scoliosis and kyphosis spine deformity in Prss56-Nf1 KO mice. Overall, the Prss56-Nf1 KO mouse model reveals the role of BC-derived osteoblasts in NF1 spine deformity and provides a promising therapeutic strategy combining MEK/SHP2 inhibitors for prevention of NF1 spine deformities.