Caractérisation de variations responsables de troubles du neurodéveloppement dans de nouveaux gènes impliqués en pathologie humaine.

Characterization of variations responsible for neurodevelopmental disorders in new genes involved in human pathology.

• Auteur / Autrice : Julien Paccaud
• Direction : Antonio Vitobello, Laurence Duplomb-jego
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biochimie et biologie moléculaire
• Date : Inscription en doctorat le 02/11/2022
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Environnements, Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Center of translational and molecular medicine
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Bourgogne (1970-....)

Mots clés

Mots clés libres

Génétique

Neurodéveloppement

Variation

Genetic

Neurodevelopment

Variation

Résumé

Plus de 8000 maladies rares ont été identifiées dont la plupart d'entre elles (80%) ont une origine génétique, touchant plus de 300 millions de personnes dans le monde. Individuellement rares mais collectivement fréquentes, elles constituent un enjeu majeur de santé publique. L'essor actuel des technologies de séquençage haut débit disponibles pour l'identification des variations génétiques responsables de troubles du neurodéveloppement, permet aujourd'hui de découvrir de nouveaux gènes jusque-là inconnus en pathologie humaine. L'équipe GAD (Inserm - UMR1231) participe entre autres à l'identification et à la caractérisation de variations responsables de nouveaux syndromes. Dans le cadre de ma thèse, j'évaluerai sur le plan fonctionnel l'impact de variations pathogènes dans de nouveaux gènes impliqués dans le neurodéveloppement dont principalement PTBP1 et deux autres projets ancillaires TCF4 et TMEM147. Le projet PTBP1 est caractérisé sur le plan clinique par des anomalies squelettiques et des troubles neurodéveloppementaux, amenés par des variations au sein du gène PTBP1 qui ont été découvertes par l'équipe. La protéine PTBP1 (Polypyrimidine tract-binding protein 1) est une ribonucléoprotéine nucléaire hétérogène (hnRNP), exprimée de manière ubiquitaire et agissant comme un régulateur d'épissage majeur. Grâce au chevauchement partiel de son signal de localisation nucléaire et de sa séquence d'exportation (NLS et NES respectivement) et à ses propriétés de liaison à l'ARN, PTBP1 fait la navette entre le noyau et le cytoplasme pour jouer des rôles dans la biogenèse et le métabolisme des ARN (transport, stabilité, transcription, traduction et épissage). Malgré son rôle fondamental en tant que facteur d'épissage alternatif impliqué dans la croissance cellulaire, la différenciation des cellules neuronales et l'activation des cellules immunitaires, peu de choses sur son implication dans les maladies humaines sont connues actuellement. La large dérégulation au niveau moléculaire et cellulaire provoquée par la présence de variations faux-sens et perte du codon d'initiation, déjà identifiées par notre équipe, fait l'objet d'importants travaux de recherche visant à caractériser par de nouvelles approches innovantes OMICS, l'impact de ces variations dans des modèles in vitro et in vivo. En parallèle, d'autres études concernant des variations identifiées dans les gènes TMEM147 et TCF4, font l'objet d'un travail de caractérisation moléculaire. TMEM147 est une protéine transmembranaire impliquée dans la formation de l'enveloppe nucléaire et la composition du translocon situé dans le réticulum endoplasmique (RE). Des variations bi-alléliques à l'origine d'une perte de fonction de TMEM147 ont été recensées chez 23 individus avec un phénotype clinique comparable. Les premières approches mettent en évidence une dérégulation de certains composants du RE et des anomalies structurales au niveau nucléaire. Les travaux pour ce projet se poursuivent pour caractériser plus finement les modifications cellulaires et moléculaires identifiées jusque-là par l'équipe. Enfin, TCF4 est un facteur de transcription particulièrement exprimé dans le cerveau et pour lequel des variations gain-de-fonction ont été identifiées comme responsables d'un nouveau syndrome non compatible avec le mécanisme perte-de-fonction du gène TCF4, déjà connu et associé au syndrome de Pitt-Hopkins (PTHS). Des études transcriptomiques, de méthylation et de Chromatine Immunoprecipitation Sequencing (ChiP-seq) permettront de confronter sur le plan moléculaire ce syndrome nouvellement découvert au syndrome de PTHS.

More than 8000 rare diseases have been identified, most of which (80%) have a genetic origin, affecting more than 300 million people worldwide. Individually rare but collectively frequent, they constitute a major public health issue. The current expansion in high-throughput sequencing technologies available for the identification of genetic variations responsible for neurodevelopmental disorders has made it possible to discover new genes previously unknown in human pathology. Thus, the GAD team (Inserm - UMR1231) is participating in the identification and characterization of variations responsible for new syndromes. In my thesis, I will functionally evaluate the impact of pathogenic variations in new genes involved in neurodevelopment, mainly PTBP1 and two other ancillary projects TCF4 and TMEM147. The PTBP1 project is clinically characterized by skeletal anomalies and neurodevelopmental disorders, driven by variations within the PTBP1 gene that were discovered by the team. PTBP1 (Polypyrimidine tract-binding protein 1) is a heterogeneous nuclear ribonucleoprotein (hnRNP), expressed ubiquitously and acting as a major splicing regulator. Due to the partial overlap of its nuclear localization signal and export sequence (NLS and NES respectively) and its RNA binding properties, PTBP1 shuttles between the nucleus and the cytoplasm to play roles in RNA biogenesis and metabolism (transport, stability, transcription, translation and splicing). Despite its fundamental role as an alternative splicing factor involved in cell growth, neuronal cell differentiation and immune cell activation, little is currently known about its involvement in human disease. The broad deregulation at the molecular and cellular level caused by the presence of missense and start-loss variations, already identified by our team, is the subject of important research work aimed at characterizing the impact of these variations in in vitro and in vivo models using new innovative OMICS approaches. In parallel, other studies concerning variations identified in TMEM147 and TCF4 genes are being characterized. TMEM147 is a transmembrane protein involved in the formation of the nuclear envelope and the composition of the translocon located in the endoplasmic reticulum (ER). Bi-allelic variations causing loss-of-function of TMEM147 were identified in 23 individuals with similar clinical phenotypes. The first approaches reveal a deregulation of certain components of the ER and structural anomalies at the nuclear level. Work on this project is continuing in order to further characterize the cellular and molecular modifications identified by the team to date. Finally, TCF4 is a transcription factor particularly expressed in the brain and for which gain-of-function variations have been identified as being responsible for a new syndrome with fairly marked skeletal impairment without intellectual disability. In contrast to the gain-of-function mechanism, the already known loss-of-function variation of the TCF4 gene which is associated with Pitt-Hopkins syndrome (PTHS), in which intellectual disability is a typical feature of this syndrome. Transcriptomic, methylation and Chromatin Immunoprecipitation Sequencing (ChiP-seq) studies will allow the molecular comparison of this newly discovered syndrome with PTHS.