Syndrome MADaM: de la physiopathologie aux approches thérapeutiques.

MADaM syndrome: from pathophysiology to therapeutic approaches.

• Auteur / Autrice : Solène Coste
• Direction : Frédérique Magdinier, Annachiara De sandre giovannoli
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie-Santé - Spécialité Génétique
• Date : Inscription en doctorat le 01/04/2022
• 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

Dysplasie acromandibulaire (MAD)

Mitochondrie

Vieillissement

Mandibuloacral dysplasia (MAD)

Mitochondria

Aging

Résumé

Les syndromes de Dysplasie Acro-Mandibulaire (MAD) sont des troubles progéroïdes récessifs principalement dus à des mutations dans les gènes LMNA ou ZMPSTE24, avec des anomalies morphologiques et un dysfonctionnement nucléaires. Nous avons récemment identifié cinq mutations nulles homozygotes dans le gène MTX2, codant pour la Métaxine-2 (MTX2), une protéine de la membrane externe de la mitochondrie, chez des patients présentant une dysplasie acromandibulaire sévère de type laminopathie caractérisée par un retard de croissance, une résorption osseuse, une calcification artérielle, une glomérulosclérose rénale et une hypertension sévère, que nous avons appelée syndrome MADaM (pour Mandibuloacral dysplasia associated to MTX2). La perte de MTX2 dans les fibroblastes primaires des patients entraîne une perte de la protéine Métaxine-1 (MTX1) et un dysfonctionnement mitochondrial, avec une fragmentation du réseau et une altération de la phosphorylation oxydative. En outre, les fibroblastes des patients sont résistants à l'induction de l'apoptose, ce qui entraîne une augmentation de la sénescence cellulaire et de la mitophagie, et une réduction de la prolifération. De manière intéressante, des défauts morphologiques nucléaires secondaires sont observés à la fois dans les fibroblastes mutants MTX2 et dans les C. elegans dépourvus de MTX2. Nous avons ainsi rapporté l'identification d'un syndrome sévère de vieillissement prématuré révélant un lien insoupçonné entre la composition et la fonction mitochondriale et la morphologie nucléaire, établissant un lien physiopathologique avec les laminopathies de vieillissement prématuré et expliquant probablement les caractéristiques cliniques communes (Elouej et al., Nat. Commun. 2020 ; PMID 32917887). A travers ce projet de recherche, nous souhaitons approfondir notre compréhension des bases physiopathologiques du syndrome MADaM, établir ses liens probables avec le syndrome de la Progeria de Hutchinson-Gilford (HGPS) et le MAD lié aux Lamines en termes de voies de signalisation dérégulées, et identifier des stratégies thérapeutiques potentielles pour les patients, en utilisant des modèles in vitro (fibroblastes primaires, lignées cellulaires dérivées de cellules iPS) et in vivo (souris Mtx2 KO). En particulier, seront explorés : les compositions du complexe protéique MTX2/1 ; la composition des compartiments cyto-/nucléosquelettiques ; les mécanismes sous-jacents à la résistance cellulaire à l'induction de l'apoptose ; si des défauts de réparation de l'ADN génomique et/ou mitochondrial sont impliqués dans la maladie ; si les Cellules Musculaires Lisses Vasculaires (CMLV) dérivées de lignées iPS de patients présentent un phénotype pro-inflammatoire et pro-ostéoblastique conduisant à la calcification et à la rigidité artérielles chez les patients ; évaluer si le sauvetage de MTX1 peut améliorer les phénotypes de la maladie ; si c'est le cas, identifier les molécules capables de restaurer l'expression de MTX1 in vitro ; évaluer la pertinence de la lignée de souris Mtx2 KO comme modèle du syndrome MADaM ; si le modèle est pertinent, tester in vivo les molécules capables de restaurer l'expression de MTX1. Les résultats de ce projet sont principalement destinés à bénéficier aux patients atteints du syndrome MADaM ou de syndromes de vieillissement prématuré liés aux lamines, du syndrome HGPS classique aux syndromes HGPS-like, avec des applications translationnelles qui sont potentiellement possibles à moyen terme. Néanmoins, étant donné les liens établis entre le HGPS et le vieillissement naturel (McClintock et al., 2007 ; Scaffidi & Misteli, 2006), les processus physiologiques (Bokenkamp et al., 2011) ainsi que le cancer (de la Rosa et al., 2013), et les liens anticipés entre le syndrome MADaM et de nombreuses pathologies plus fréquentes impliquant une dérégulation de l'apoptose (comme dans les maladies oncologiques, immunologiques, infectieuses, neurodégénératives et cardiovasculaires), les résultats issus des études que nous proposons sont susceptibles d'avoir un impact beaucoup plus large.

Mandibuloacral dysplasia syndromes (MAD) are recessive progeroid disorders mainly due to LMNA or ZMPSTE24 mutations, with nuclear morphological abnormalities and dysfunction. We recently reported five homozygous null mutations in MTX2, encoding Metaxin-2 (MTX2), an outer mitochondrial membrane protein, in patients presenting with a severe laminopathy-like Mandibuloacral dysplasia characterized by growth retardation, bone resorption, arterial calcification, renal glomerulosclerosis and severe hypertension, which we called MADaM syndrome (from Mandibuloacral dysplasia associated to MTX2). Loss of MTX2 in patients' primary fibroblasts leads to loss of Metaxin-1 (MTX1) and mitochondrial dysfunction, including network fragmentation and oxidative phosphorylation impairment. Furthermore, patients' fibroblasts are resistant to induced apoptosis, leading to increased cell senescence and mitophagy and reduced proliferation. Interestingly, secondary nuclear morphological defects are observed in both MTX2-mutant fibroblasts and mtx-2-depleted C. elegans. We thus reported the identification of a severe premature aging syndrome revealing an unsuspected link between mitochondrial composition and function and nuclear morphology, establishing a pathophysiological link with premature aging laminopathies and likely explaining common clinical features (Elouej et al., Nat. Commun. 2020; PMID 32917887). Through this research project, we wish to deepen our understanding of the pathophysiological basis of MADaM syndrome, establish its probable links with Hutchinson-Gilford Progeria syndrome and Lamin-related MAD in terms of dysregulated signaling pathways, and identify potential therapeutic strategies for patients, using in vitro (primary fibroblasts, iPSC-derived cell lines) and in vivo (Mtx2 KO mouse) models. In particular, will be explored : the MTX2/1 protein complex compositions; the cytoskeletal/ nucleoskeletal compartments composition; the mechanisms underlying cell resistance to apoptosis induction; whether genomic and/or mitochondrial DNA repair defects are involved in the disorder; whether Vascular Smooth Muscle Cells (VSMCs) derived from patients' iPS cell lines show a pro-inflammatory and pro-osteoblastic phenotype leading to arterial calcification and stiffness in patients; evaluate whether MTX1 rescue may restore disease phenotypes, if so, identify drugs capable of rescuing MTX1 expression in vitro; evaluate the relevance of the Mtx2 KO mouse line to as a model of MADaM syndrome; if pertinent, in vivo testing of drugs capable of rescuing MTX1 expression. The results of this project are primarily intended to benefit patients affected with MADaM or lamin-linked premature aging syndromes, from classical HGPS to HGPS-like syndromes, with translational outcomes that are possibly foreseen in the mid-term. Nonetheless, given the established links between HGPS and natural aging (McClintock et al., 2007; Scaffidi & Misteli, 2006), physiological processes (Bokenkamp et al., 2011) as well as cancer (de la Rosa et al., 2013), and the foreseen links among MADaM syndrome and many common disorders involving apoptosis dysregulation (like in as in oncologic, immunologic, infectious, neurodegenerative and cardiovascular diseases), the results issued from the studies we propose are likely to have a much broader impact.