Rôle de la famille des micro-ARNs 140 et d'autres ARNs non codants dans la Progeria de Hutchinson-Gilford et les syndromes apparentés

Roles of miR-140 family and other non-coding RNAs in pathophysiology of Hutchinson-Gilford Progeria and related syndromes

• Auteur / Autrice : Léa Toury
• Direction : Patrice Roll, Elise Kaspi
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie-Santé - Spécialité Génétique
• Date : Inscription en doctorat le 12/07/2021
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : MMG - Marseille Medical Genetics

Mots clés

Mots clés libres

ARNs non codants

Progeria de Hutchinson-Gilford

MicroARN

Non-coding RNAs

Hutchinson-Gilford Progeria syndrome

MicroRNA

Résumé

La progeria de Hutchinson-Gilford (HGPS) est une maladie génétique rare, aujourd'hui incurable, caractérisée par un vieillissement précoce et accéléré aboutissant au décès des patients vers l'âge de 14 ans (Hennekam et al. 2006). Elle est due à une mutation autosomique dominante de novo du gène LMNA (De Sandre-Giovannoli et al. 2003 ; Eriksson et al. 2003) entraînant l'activation d'un site d'épissage cryptique qui engendre la synthèse d'une protéine nucléaire anormale et toxique, la progérine. Celle-ci s'accumule in vivo au cours du vieillissement des patients et génère des anomalies nucléaires dose-dépendantes, à la fois morphologiques et fonctionnelles, telles que des anomalies de réparation de l'ADN, la dérégulation de l'expression de gènes, associées à un stress oxydant, participant à la sénescence prématurée des cellules. Notre équipe travaille sur la dérégulation des microARNs (miARNs) dans cette maladie (Frankel et al. 2018). Les miARNs sont de petits ARNs non codants d'environ 20 nucléotides régulant l'expression de nombreux gènes cibles. Une 1ère étude de notre équipe a mis en évidence sur des fibroblastes de patients, l'impact de l'accumulation de la progérine sur l'expression de plusieurs miARNs et les conséquences physiopathologiques de la dérégulation de certains d'entre eux. Ces travaux ont objectivé que la surexpression de deux miARNs, le miR-376a-3p et le miR-376b-3p, chez les patients entraînait une diminution de l'autophagie, de la prolifération cellulaire, une modulation du cycle cellulaire et une augmentation de la sénescence (Frankel et al. Aging Cell, révision favorable). Plus récemment, nous avons réalisé une 2nde étude transcriptomique dans le cadre d'un projet financé par l'AFM (Association Française contre les Myopathies), incluant l'étude des miARNs, des ARNm et des lncARNs (longs ARNs non codants) par NGS (séquençage haut débit) à partir de fibroblastes dermiques et de cellules souches mésenchymateuse (MSCs) différenciées à partir de cellules iPS (Cellules souches pluripotentes induites). Grace à cette étude, nous avons identifié plusieurs nouveaux candidats (10 miARNs et 65 lncARNs), dont certains que nous souhaitons évaluer par des études fonctionnelles. En particulier, les miR-140-5p et miR-140-3p, surexprimés dans les fibroblastes de patients, pourraient être des acteurs dans la physiopathologie de ces syndromes en régulant le stress oxydatif, la sénescence, ainsi que la différenciation osseuse et adipocytaire. L'objectif principal de notre étude est d'identifier des voies moléculaires communes dérégulées dans la progeria et les syndromes génétiques apparentés associés ou non à une accumulation de progérine (HGPS-like et Syndrome Progéroïde Atypique), permettant d'envisager à terme de mêmes approches thérapeutiques. Objectifs : Les objectifs de ce projet de thèse sont 1/ à partir de modèles in vitro (fibroblastes dermiques et et cellules différenciées à partir d'iPSCs) et de modèle in vivo (modèle murin HGPS et zebrafish), de réaliser des études fonctionnelles afin de comprendre l'implication de ces miARNs dans la physiopathologie de la progeria et des syndromes apparentés ; 2/ d'évaluer le rôle de lncARNs candidats identifiés comme dérégulés, dans ces syndromes ; 3/ d'évaluer ces ARNs non codants en tant que nouvelles cibles thérapeutiques.

Hutchinson-Gilford progeria (HGPS) is a rare and currently incurable genetic disease characterised by premature and accelerated ageing, leading to death in patients around the age of 14 (Hennekam et al. 2006). It is caused by an autosomal dominant de novo mutation in the LMNA gene (De Sandre-Giovannoli et al. 2003; Eriksson et al. 2003), which activates a cryptic splice site resulting in the synthesis of an abnormal and toxic nuclear protein, progerin. Progerin accumulates in vivo as patients age and generates dose-dependent nuclear abnormalities, both morphological and functional, such as DNA repair abnormalities and deregulation of gene expression, associated with oxidative stress, contributing to premature cell senescence. Our team is working on the deregulation of microRNAs (miRNAs) in this disease (Frankel et al. 2018). miRNAs are small non-coding RNAs of around 20 nucleotides that regulate the expression of numerous target genes. A 1st study by our team on patient fibroblasts highlighted the impact of progerin accumulation on the expression of several miRNAs and the pathophysiological consequences of deregulation of some of them. This work showed that overexpression of two miRNAs, miR-376a-3p and miR-376b-3p, in patients led to a reduction in autophagy and cell proliferation, modulation of the cell cycle and an increase in senescence (Frankel et al. Aging Cell, favourable revision). More recently, we carried out a 2nd transcriptomic study as part of a project funded by the AFM (Association Française contre les Myopathies), including the study of miRNAs, mRNAs and lncRNAs (long non-coding RNAs) by NGS (high-throughput sequencing) using dermal fibroblasts and mesenchymal stem cells (MSCs) differentiated from iPS cells (induced pluripotent stem cells). Thanks to this study, we have identified several new candidates (10 miRNAs and 65 lncRNAs), some of which we hope to evaluate through functional studies. In particular, miR-140-5p and miR-140-3p, over-expressed in patient fibroblasts, could play a role in the pathophysiology of these syndromes by regulating oxidative stress, senescence and bone and adipocyte differentiation. The main objective of our study is to identify common molecular pathways that are deregulated in progeria and related genetic syndromes that may or may not be associated with an accumulation of progerin (HGPS-like and Atypical Progeroid Syndrome), making it possible to envisage the same therapeutic approaches in the future. Objectives: The aims of this thesis project are 1/ to use in vitro models (dermal fibroblasts and cells differentiated from iPSCs) and in vivo models (HGPS and zebrafish murine models) to carry out functional studies in order to understand the involvement of these miRNAs in the pathophysiology of progeria and related syndromes; 2/ to evaluate the role of candidate lncRNAs identified as deregulated in these syndromes; 3/ to evaluate these non-coding RNAs as new therapeutic targets.