Étude des canaux sodiques dans des modèles animaux et cellulaires d'encéphalopathie épileptique et développementale liée au gène KCNQ2.

Study of sodium channels in animal and cellular models of epileptic and developmental encephalopathy linked to the KCNQ2 gene.

• Auteur / Autrice : Manon Saurey
• Direction : Laurent Villard, Jean-Charles Viemari
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie-Santé - Spécialité Neurosciences
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• 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
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : MMG - Neurogénétique humaine

Mots clés

Mots clés libres

Canaux sodiques

Encéphalopathie épileptique et développementale

Kcnq2

Sudep

Sodium channels

Epileptic and developmental encephalopathy

Kcnq2

Sudep

Résumé

L'épilepsie est une affection neurologique fréquente (environ 1%) et très hétérogène. Parmi les différentes formes d'épilepsie de l'enfant, l'équipe s'intéresse à un groupe d'épilepsies génétiques rares : les encéphalopathies épileptiques et développementales (DEE). Le gène KCNQ2 est la première cause de DEE néonatales. Ce gène code pour une sous-unité d'un canal potassique produisant le courant M, responsable de la phase d'hyperpolarisation consécutive à un potentiel d'action. A travers l'activité de diagnostic du Dr.Villard, plusieurs dizaines de variants pathogènes de novo dans ce gène ont été identifiés à Marseille. L'identification de ces variants nous a conduit à produire le premier modèle animal de DEE liée au gène KCNQ2 sous la forme d'une souris knock-in qui contient un variant récurrent associé à un phénotype sévère et typique. Nos travaux récents montrent que ce modèle murin présentent des crises d'épilepsies spontanées. De plus, 25 % des souris meurent au cours des 3 premiers mois de vie de cause inexpliquée et pourrait être classées dans les Mort Inexpliquée en Epilepsie ou SUDEP. La collecte de données physiologiques en temps réel est un défi en raison de l'imprévisibilité de la mort subite. Cependant, des cas de mort subite survenus alors que les patients étaient suivis à l'hôpital, ainsi que des données provenant de modèles animaux, indiquent que la mort subite est due à un dysfonctionnement respiratoire. C'est la raison pour laquelle nous avons étudié les centres respiratoires et le générateur de rythme inspiratoire : le complexe de préBötzinger (preBötC). Nos résultats préliminaires montrent que chez les souris KCNQ2-DEE la fréquence de l'activité inspiratoire in vitro et la réponse à l'hypoxie (diminution d'O2) sont perturbées. Cette réponse dépend exclusivement du courant sodique persistant. Nous formulons donc l'hypothèse que l'expression des canaux sodiques pourrait être perturbée chez la souris modèle de la pathologie. Le but cette thèse sera d'étudier l'expression des canaux sodiques dans le préBotzinger (qui est le principal groupe cellulaire qui génère l'inspiration). Nous étendrons notre étude aux réseaux corticaux montrant une hyperexcitabilité ainsi qu'à des neurones de patients dérivés de cellules iPS. Par des techniques de western blot et de RT-PCR nous évaluerons l'expression des différents canaux sodiques. Nous évaluerons aussi l'expression des canaux sodiques dans différents groupes de neurones du cerveau de souris KCNQ2-DEE. Des interventions pharmacologiques ciblant les canaux sodiques et/ou le canal M seront également testées et leur impact sur les phénotypes des animaux (et la respiration en particulier) seront étudiés.

Epilepsy is a common (around 1%) and highly heterogeneous neurological disorder. Among the various forms of epilepsy in children, the team is interested in a group of rare genetic epilepsies: epileptic and developmental encephalopathies (DEE). The KCNQ2 gene is the leading cause of neonatal DEEs. This gene codes for a subunit of a potassium channel producing the M current, responsible for the hyperpolarisation phase following an action potential. Through Dr Villard's diagnostic work, several dozen de novo pathogenic variants in this gene have been identified in Marseille. The identification of these variants led us to produce the first animal model of EAD linked to the KCNQ2 gene in the form of a knock-in mouse containing a recurrent variant associated with a severe and typical phenotype. Our recent work shows that this mouse model presents spontaneous epileptic seizures. In addition, 25% of the mice die within the first 3 months of life from unexplained causes and could be classified as SUDEP (Sudden Unexplained Death in Epilepsy). The collection of real-time physiological data is a challenge due to the unpredictability of sudden death. However, cases of sudden death occurring while patients were being monitored in hospital, as well as data from animal models, indicate that sudden death is due to respiratory dysfunction. This is why we studied the respiratory centres and the inspiratory rhythm generator: the preBötzinger complex (preBötC). Our preliminary results show that in KCNQ2-DEE mice, the frequency of in vitro inspiratory activity and the response to hypoxia (reduction in O2) are disturbed. This response depends exclusively on the persistent sodium current. We therefore hypothesise that the expression of sodium channels could be disrupted in the mouse model of the pathology. The aim of this thesis will be to study the expression of sodium channels in the pre-Botzinger (which is the main cell group that generates inspiration). We will extend our study to cortical networks showing hyperexcitability and to patient neurons derived from iPS cells. Using western blot and RT-PCR techniques, we will assess the expression of various sodium channels. We will also evaluate the expression of sodium channels in different groups of neurons in the brain of KCNQ2-DEE mice. Pharmacological interventions targeting sodium channels and/or the M channel will also be tested and their impact on the phenotypes of the animals (and respiration in particular) will be studied.