Médecine prédictive et personnalisée des maladies héréditaires de l'aorte thoracique : Explorations clinico- génétiques, modélisations fonctionnelles, et prise en charge thérapeutique personnalisée

Predictive and personalized medicine for hereditary diseases of the thoracic aorta:Clinico-genetic explorations, functional models, and personalized therapeutic management

• Auteur / Autrice : Laurence Theoleyre
• Direction : Stéphane Zaffran
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : RECHERCHES BIOMEDICALES Génétique
• Date : Inscription en doctorat le 03/01/2022
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Recherches Biomédicales
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : MMG - Marseille Medical Genetics
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : MMG - Génétique et développement des malformations cardiaques

Mots clés

Mots clés libres

Aortopathie

Génétique

Gène ACTA2

CML vasculaire

Innovation

Estimation du risque

Aortopathy

Genetics

ACTA2 gene

Vsmc

Innovation

Risk estimation

Résumé

Depuis 2013, l'activité clinique pluridisciplinaire coordonnée par le Centre Aorte Timone et par le CRMR constitutif Marfan et Apparentés (sous la responsabilité du Dr L Bal) a permis la mise en place d'une cohorte de patients pris en charge pour une pathologie de l'aorte thoracique anévrysmale ou disséquante, et d'incrémenter au cours d'un suivi protocolisé les données épidémio-cliniques, radiologiques, thérapeutiques et génétiques. Cette expérience nous a permis d'évaluer nos pratiques et d'améliorer nos connaissances sur ces maladies aortiques avec les objectifs de « mieux diagnostiquer » et de « mieux prévenir » l'évolution du patient afin de lui proposer un projet thérapeutique personnalisé discuté en RCP Aorte. Représentant 25% des maladies de l'aorte thoracique, dans une population jeune de moins de 50 ans, les maladies héréditaires de l'aorte thoracique (HTAAD) sont de cause autosomique dominante et regroupent des syndromes (Marfan, Loyes-Dietz), et des formes non syndromiques plus nombreuses et moins accessibles à un diagnostic clinique et/ou génétique précoce (20% d'identification du génotype sur les panels réalisés en 2023). Les gènes en cause concernent des protéines de la MEC (gènes FBN1, COL3A1, FLNA), des régulateurs de la voie de signalisation du TGFb (gènes TGFbR1/R2, SMAD3, TGFb2/3), ou des protéines des cellules musculaires lisses impliquées dans la méchanotransduction (ACTA2, MYLK, MYH1). A cette hétérogénéité génétique s'associe une hétérogénéité clinique au sein d'une même famille : il existe une pénétrance et une expressivité variables, lié à l'environnement génétique et épigénétique associé. L'enjeu crucial du clinicien est donc de « mieux prédire » le risque d'évènement aortique familial et individuel. Notre expertise de génétique clinique nous a permis de construire avec l'équipe de Stéphane Zaffran (MMG) un projet de modélisation cellulaire des cellules musculaires lisses vasculaires (VSMC) pour mieux comprendre l'effet de mutations de nouveaux gènes sur le remodelage accéléré de l'aorte. Notre projet s'intéresse aux mutations du gène ACTA2, qui s'expriment selon trois phénotypes : une forme classique de dissection aortique avec ou sans dilatation préalable, une forme très rare et sévère de syndrome de déficience systémique des VSMC lié au variant R179 (SMSDS), et une forme SMSDS-like incomplète récemment décrite avec d'autres variants. L'objectif principal de ce projet est de reprogrammer des cellules souches pluripotentes induites (IPSC) de patients porteurs de mutations sur le gène ACTA2 en cellules de la crête neurale (NCC) puis en VSMC, et de caractériser ce modèle de VSMC en analysant l'impact des mutations ACTA2 sur la morphologie du cytosquelette d'actine, sur la migration, la prolifération et la contraction cellulaires. Quatre patients porteurs de mutations distinctes, de phénotypes cliniques bien documentés, seront comparés à des témoins et entre eux. Les VSMC seront étudiées dans deux états : synthétique et contractile. Notre objectif secondaire est d'identifier, par une étude comparative des transcriptomes des cellules reprogrammées, les voies de signalisation et/ou métaboliques associées à la modification du phénotype cellulaire induite par une mutation ACTA2. Il s'agit de la première partie de cette thèse. Grâce à la maitrise du protocole de différenciation d'IPSC de patients en VSMC, ce projet pilote s'ouvrira sur 3 axes de recherche translationnelle grâce à des collaborations: 1. Etude de corrélation génotype-phénotype Analyse comparative de l'effet des 4 variants pathogènes ACTA2 sur un second modèle issu d'IPSC édités par la méthode de Crispr-Cas 9. Analyse de l'effet de la correction de la mutation ACTA2 sur les caractéristiques fonctionnelles des VSMC issus de patients (Crisp-Cas9). 2. Etude de l'impact de la mutation sur la structure de la protéine alpha-actine, et conséquences sur les capacités de polymérisation et d'interactions avec d'autres protéines de liaison. 3. Etude de criblage moléculaire à visée thérapeutique La caractérisation phénotypique des VSMC ACTA2mut/+, réalisée au cours de ce projet, servira de système rapporteur pour l'étude de molécules à visée thérapeutique capables de restaurer le phénotype sain des VSMC Mise en place possible d'un modèle animal à partir d'un variant ACTA2 « très pathogène » pour évaluation thérapeutique d'une molécule préalablement criblée

Since 2013, the multidisciplinary clinical activity coordinated by the Timone Aorta Center and by the constituent CRMR Marfan et Apparentés (under the responsibility of Dr L Bal) has enabled the establishment of a cohort of patients treated for a pathology of the aneurysmal or dissecting thoracic aorta, and to increment the epidemiological-clinical, radiological, therapeutic and genetic data during protocolized monitoring. This experience allowed us to evaluate our practices and improve our knowledge of these aortic diseases with the objectives of “better diagnosis” and “better prevention” of the patient's progression in order to offer them a personalized therapeutic project discussed in CPR. Aorta. Representing 25% of diseases of the thoracic aorta, in a young population under 50 years of age, hereditary diseases of the thoracic aorta (HTAAD) are of autosomal dominant cause and include syndromes (Marfan, Loyes-Dietz), and non-syndromic forms that are more numerous and less accessible to early clinical and/or genetic diagnosis (20% identification of the genotype on the panels carried out in 2023). The genes involved concern ECM proteins (FBN1, COL3A1, FLNA genes), regulators of the TGFb signaling pathway (TGFbR1/R2, SMAD3, TGFb2/3 genes), or smooth muscle cell proteins involved in mechanotransduction (ACTA2, MYLK, MYH1). This genetic heterogeneity is associated with clinical heterogeneity within the same family: there is variable penetrance and expressivity, linked to the associated genetic and epigenetic environment. The crucial challenge for the clinician is therefore to “better predict” the risk of family and individual aortic events. Our expertise in clinical genetics allowed us to build with the team of Stéphane Zaffran (MMG) a cellular modeling project of vascular smooth muscle cells (VSMC) to better understand the effect of mutations in new genes on the accelerated remodeling of the 'aorta. Our project focuses on mutations in the ACTA2 gene, which are expressed in three phenotypes: a classic form of aortic dissection with or without prior dilatation, a very rare and severe form of systemic VSMC deficiency syndrome linked to the R179 variant (SMSDS ), and a recently described incomplete SMSDS-like form with other variants. The main objective of this project is to reprogram induced pluripotent stem cells (IPSC) from patients carrying mutations in the ACTA2 gene into neural crest cells (NCC) then into VSMC, and to characterize this VSMC model by analyzing the impact of ACTA2 mutations on the morphology of the actin cytoskeleton, on cell migration, proliferation and contraction. Four patients carrying distinct mutations, with well-documented clinical phenotypes, will be compared to controls and to each other. VSMCs will be studied in two states: synthetic and contractile. Our secondary objective is to identify, through a comparative study of the transcriptomes of reprogrammed cells, the signaling and/or metabolic pathways associated with the modification of the cellular phenotype induced by an ACTA2 mutation. This is the first part of this thesis. Thanks to the mastery of the IPSC differentiation protocol of patients in VSMC, this pilot project will open up on 3 axes of translational research thanks to collaborations: 1. Genotype-phenotype correlation study Comparative analysis of the effect of the 4 ACTA2 pathogenic variants on a second model from IPSCs edited by the Crispr-Cas 9 method. Analysis of the effect of correcting the ACTA2 mutation on the functional characteristics of VSMC derived from patients (Crisp-Cas9). 2. Study of the impact of the mutation on the structure of the alpha-actin protein, and consequences on the polymerization capacities and interactions with other binding proteins. 3. Molecular screening study for therapeutic purposes The phenotypic characterization of ACTA2mut/+ VSMCs, carried out during this project, will serve as a reporter system for the study of therapeutic molecules capable of restoring the healthy phenotype of VSMCs. Possible establishment of an animal model using a “very pathogenic” ACTA2 variant for therapeutic evaluation of a previously screened molecule