ROLE DE LA SIGNALISATION DES RHO GTPASES DANS LA DEFICIENCE INTELLECTUELLE ET L'AUTISME

ROLE OF RHO GTPASE SIGNALING IN THE ETIOLOGY OF INTELLECTUAL DISABILITY AND AUTISM

• Auteur / Autrice : Jeanne Bernard
• Direction : Susanne Schmidt
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Inscription en doctorat le 30/09/2024
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CRBM - Centre de Recherche en Biologie cellulaire de Montpellier
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Signalisation et dynamique du cytosquelette

Mots clés

Mots clés libres

Cytosquelette d'actine

Rho GTPases

Biologie cellulaire des neurones

Déficience intellectuelle/autisme

Imagerie

Cell biology of neurons

Rho GTPases

Intellectual disability/autism

Cell imaging

Actin cytoskeleton

Résumé

L'intégrité de l'activité synaptique est essentielle au fonctionnement du cerveau. Des altérations de la fonction synaptique sont observées dans un grand nombre de troubles neurologiques et psychiatriques, tels que la schizophrénie, les troubles du spectre autistique (TSA) et la déficience intellectuelle (DI). Les progrès récents dans le séquençage du génome entier de ces patients ont révélé de nouvelles mutations dans des gènes jusqu'ici non liés à ces maladies. Une meilleure compréhension du rôle de ces gènes dans le neurodéveloppement pourrait donc permettre de mieux comprendre l'étiologie de ces troubles et d'identifier de nouvelles cibles thérapeutiques. Notre laboratoire est spécialisé dans la signalisation des Rho GTPases et se concentre sur le facteur d'échange Rho guanine nucleotide (RhoGEF) TRIO, qui est un régulateur majeur de la migration cellulaire, de la croissance/du guidage des axones et de la synaptogenèse en contrôlant le remodelage du cytosquelette d'actine via l'activation de la GTPase RAC1 (Bircher and Koleske, 2021). Récemment, des études de séquençage de l'exome entier (WES) ont identifié plusieurs mutations délétères de novo dans le gène TRIO chez des patients atteints de TSA et d'ID. Les phénotypes des patients sont assez hétérogènes et il est important d'élucider les mécanismes moléculaires qui sous-tendent cette hétérogénéité. Au niveau moléculaire, nous avons montré que certaines de ces mutations associées à la DI et à la microcéphalie altèrent l'activation de RAC1 par TRIO (Pengelly et al, 2016). A l'inverse, d'autres mutations associées à la macrocéphalie, au retard mental sévère et au comportement autistique, conduisent à une activation accrue de RAC1 par TRIO. Ces résultats montrent que les mutations d'un même gène peuvent avoir des effets cellulaires opposés, ce qui pourrait expliquer l'hétérogénéité du phénotype des patients (Barbosa et al, 2020). Au cours de notre étude des variants pathogènes de TRIO, nous avons découvert que TRIO est auto-inhibé par un repliement intramoléculaire dans des conditions physiologiques, et que des variants de mutations à gain de fonction lèvent cette inhibition, conduisant à une hyperactivation de RAC1. De plus, ces variants gain de fonction affectent la croissance et le guidage axonaux dans le modèle de développement du poisson zèbre, fournissant la première preuve in vivo de l'impact de ces variants pathogènes de TRIO sur le développement des circuits neuronaux (Bonnet et al, 2023). Toutes ces données ont permis de proposer que TRIO est un nouveau gène de risque pour les troubles du développement neurologique et montrent que la perturbation de sa fonction par des mutations contribue au développement de ces maladies complexes. Le projet de thèse que nous proposons vise à caractériser un modèle de souris TRIO transgénique exprimant un variant gain de fonction pour avoir un modèle de la pathologie humaine. Le fait que cette mutation lève l'auto-inhibition de l'activité de TRIO ouvre la possibilité attrayante d'une stratégie d'intervention thérapeutique par l'inhibition de la voie de signalisation RAC1 pour sauver le phénotype des patients. Ce projet sera réalisé en utilisant des approches complémentaires telles que la biochimie, la biologie cellulaire des neurones, des techniques d'imagerie avancées, l'électrophysiologie et des études comportementales utilisant un modèle de souris transgénique TRIO.

The integrity of synaptic activity is essential for brain function. Alterations of synaptic function are observed in a large number of neurological and psychiatric disorders, such as schizophrenia, autism spectrum disorder (ASD) and intellectual disability (ID). Recent advances in genome-wide sequencing of these patients have revealed new mutations in genes so far unrelated to these diseases. A better understanding of the role of these genes in neurodevelopment could therefore provide insights into the etiology of these disorders, and could lead to the identification of new therapeutic targets. Our lab is specialized in Rho GTPase signalling and focuses on the Rho guanine nucleotide exchange factor (RhoGEF) TRIO, which is a major regulator of cell migration, axon outgrowth/guidance and synaptogenesis by controlling actin cytoskeleton remodelling via RAC1 GTPase activation (Bircher and Koleske, 2021). Recently, whole exome sequencing (WES) studies have identified several deleterious de novo mutations in the TRIO gene in ASD and ID patients. The patients' phenotypes are quite heterogeneous and it is important to better delineate the molecular mechanisms underlying this heterogeneity. At a molecular level, we have shown that some of these mutations associated with ID and microcephaly impair RAC1 activation by TRIO (Pengelly et al, 2016). Conversely, other mutations associated with macrocephaly, severe mental retardation and autistic behavior, lead to increased RAC1 activation by TRIO. These results show that mutations in the same gene can have oppposing cellular effects, which might explain the heterogeneity of the patients' phenotype (Barbosa et al, 2020). During our study of pathogenic TRIO variants, we have discovered that TRIO is autoinhibited by an intramolecular fold in physiological conditions, and that gain-of-function mutations variants relieve this inhibition, leading to RAC1 hyperactivation. Moreover, these gain-of-function variants affect axon outgrowth and pathfinding in the zebrafish developmental model, providing the first in vivo evidence of the impact of these pathogenic TRIO variants on neuronal circuit development (Bonnet et al, 2023) All these data establish TRIO as a novel risk gene for neurodevelopmental disorders and show that the disruption of its function by mutations contributes to the development of these complex diseases. The PhD project aims at characterizing a transgenic TRIO mouse model expressing a gain-of-function variant to mimic the human pathology. The fact that this mutation relieves the autoinhibition of TRIO activity opens up the attractive possibility of a therapeutic intervention strategy by inhibiting the RAC1 signalling pathway to rescue the patients' phenotype. This project will be performed using complementary approaches such as biochemistry, cell biology of neurons, advanced imaging techniques, electrophysiology and behavioral studies using a transgenic TRIO mouse model.