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Maladies à gain de fonction d'ARN

Maladies à gain de fonction d'ARN

Les microsatellites sont des séquences d’ADN de 3 à 6 nucléotides répétés de multiples fois dans le génome. Des expansions anormales de ces microsatellites peuvent conduire à une quarantaine de maladies génétiques. La thématique de notre groupe est de mieux comprendre comment de telles expansions de répétitions, mais situées dans les régions dites « non codantes » du génome (5’UTR, Introns, 3’UTR, etc.), peuvent conduire à des atteintes neuromusculaires et/ ou neurodégénératives. Nous étudions principalement les pathologies suivantes :

- Les dystrophies myotonique (DM) sont les dystrophies les plus communes chez l’adulte et sont dues respectivement à des expansions de répétitions CTG (DM1) ou CCTG (DM2) dans le 3’UTR du gène DMPK ou le premier intron du gène CNBP. Ces répétitions sont transcrites en ARN CUG ou CCUG qui lient et séquestrent les protéines MBNL, des facteurs d’épissage, conduisant ainsi à des altérations spécifiques de l’épissage alternatif causant les symptômes de ces maladies. Nos travaux sur les dystrophies myotonique comprennent : Fugier et al., Nature Medicine, 2011 ; Rau et al., Nature Structural and Molecular Biology, 2011 ; Freyermuth et al., Nature Communication, 2016 ; Sellier et al., Nature Communication, 2018 ; etc.

 

- Le syndrome de tremblements et d’ataxie associé à l’X fragile (FXTAS) et la maladie à inclusion intranucléaire neuronale (NIID) sont des maladies neurodégénératives causées par des expansions de répétitions GGC respectivement situées dans le 5’UTR des gène FMR1 et NOTCH2NLC. Nos données montrent que ces répétitions sont traduites dans des protéines polyglycines qui forment des inclusions cellulaires et sont toxiques en modèle cellulaires et animaux (Sellier et al., Cell reports, 2013 ; Sellier et al., Neuron, 2017 ; Boivin et al., Neuron, 2021 ; etc.).

 

- La sclérose latérale amyotrophique associée à une démence fronto-temporale (SLA-DFT) est la troisième maladie neurodégénérative la plus commune après les maladies d’Alzheimer et de Parkinson. La SLA ou maladie de Charcot est due à la mort des motoneurones entrainant une paralysie progressive des muscles impliqués dans la motricité volontaire, conduisant à la mort des patients après 3 à 5 ans d'évolution. La cause la plus fréquente de SLA-DFT est une expansion de répétitions GGGGCC (G4C2) dans le premier intron du gène C9ORF72. Ces répétitions G4C2 sont traduites en protéines toxiques. De plus, ces répétitions conduisent à des modifications épigénétiques de l’ADN diminuant l’expression du gène et donc de la protéine C9ORF72. Nous avons montré que cette protéine appartient à un complexe protéique qui régule de petites protéines GTPases impliquées dans le trafic vésiculaire, notamment l’autophagie, un mécanisme de dégradation essentiel pour les neurones (Sellier et al., EMBO Journal, 2016 ; Boivin et al., EMBO Journal, 2020 ; etc.).


Notre but est de

  1. Découvrir par quel mécanismes moléculaires ces répétitions sont pathogéniques,
  2. Établir des modèles cellulaires (iPS, cultures primaires de cellules musculaires et de neurones, etc.) et animaux (souris) pertinent pour étudier ces maladies
  3. Identifier des molécules pharmacologiques rétablissant un fonctionnement normal dans ces modèles cellulaires et animaux.


Pour cela, nous développons et utilisons une variété d’approches et de techniques allant de la biochimie et biologie moléculaire (protéines recombinantes, purification de complexe protéiques ou ARN-protéines, etc.), biologie cellulaires (lentivirus, AAV, iPS, motoneurones, culture primaire de neurones ou de cellule musculaires, etc.), approches à large échelles (transcriptomique, protéomique, etc.) et pathophysiologie de modèles animaux (souris transgénique et knockout).


En conclusion, notre travail a pour but de clarifier par quels mécanismes moléculaires et cellulaires des expansions de répétitions conduisent à des dysfonctionnements et à la mort des neurones et des cellules musculaires, afin d’identifier des approches thérapeutiques pour ces maladies dévastatrices.

Membres

Projets en cours

Nous avons plusieurs nouveaux projets en cours ou en développement :

 

  1. Nous étudions de nouvelles expansions de répétitions transcrites en ARN « toxiques » liant et titrant des protéines spécifiques dans des maladies neurodégénératives. Ce mécanisme est similaire à la titration des facteurs d’épissage MBNL par les répétitions ARN CUG conduisant à des défauts d’épissages spécifiques dans les dystrophies myotoniques (Fugier et al., Nature Medicine 2011 ; Freyermuth et al., Nature Communication 2016 ; Sellier et al., Nature Communication 2018).
  2. Nous nous intéressons à de nouvelles expansions de répétitions GGC potentiellement traduites en de nouvelles protéines polyGlycines toxiques dans des maladies génétiques neuromusculaires et/ ou neurodégénératives. Ce projet est une extension directe de notre travail sur FXTAS and NIID (Sellier et al., Neuron 2017 ; Boivin et al., Neuron 2021).
  3. Nous avons identifié de nouvelles protéines interagissant avec le complexe C9ORF72 et poursuivons l’étude de la fonction cellulaire, de la composition mais aussi de la structure par cryoEM de ce complexe, notamment dans le cadre de la sclérose latérale amyotrophique. Ce projet est la suite logique de nos études sur la protéine C9ORF72 (Sellier et al., EMBO Journal 2016 ; Boivin et al., EMBO Journal 2020).
  4. Enfin, nous nous intéressons depuis peu à mieux comprendre les mécanismes moléculaires et cellulaires de dégradation des mitochondries altérées par autophagie (un mécanisme connu sous le nom de mitophagie) et ses dérégulations dans des maladies neurodégénératives.

Collaborations et réseaux

  • Cecile MARTINAT (I-Stem, Paris), iPS and motor neurons cells models.
  • Edor KABASHI (Imagine, Paris), Zebrafish animal models.
  • Denis FURLING (Institut de Myologie, Paris), Pathogenic mechanisms in myotonic dystrophies.
  • Patrick SCHULTZ (IGBMC, Strasbourg), CryoEM structure of the C9ORF72 protein complex.

Financements et partenaires

  • 2021 - Foundation for Medical Research (FRM). Identification of a novel class of human genetic disease: the polyglycine (polyG) diseases.
  • 2020 – Association pour la Recherche contre la Sclérose Latérale Amyotrophique (ARSLA). Molecular mechanism and therapeutic approach for a 2-hits model of toxicity in Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS).
  • 2018 - French National Research Agency (ANR). Identification of novel mutations in Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS).
  • 2017 - Thierry Latran Charity Foundation (TLF). Therapeutic approaches for C9ORF72-Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS).
  • 2016 - French National Research Agency (ANR). Role of C9ORF72 in Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS).
  • 2014 - French National Research Agency (ANR). Study of microRNA and mitochondrial alterations in Fragile X Tremor Ataxia Syndrome (FXTAS).
  • 2012 - European Research Council (ERC) Starting grant. Understanding the RNA gain of function diseases.
  • 2010 - French Foundation Against Myopathies (AFM). Mis-regulation of non-coding RNA in myotonic dystrophies.
  • 2010 - European ERA-Net for Research on Rare Diseases (E-Rare). Understanding the causes of heart defects in myotonic dystrophies.
  • 2008 - French Foundation Against Myopathies (AFM). Understanding the causes of muscular weakness in myotonic dystrophies.
  • 2006 - INSERM AVENIR. Understanding the molecular causes of myotonic dystrophies.

Prix/Distinctions

  • 2018 - Award of scientific excellence. INSERM prime d'excellence scientifique.
  • 2012 - European Research Council Starting grant.
  • 2012 - INSERM DR2. Group leader permanent position.
  • 2011 - Award of scientific excellence. INSERM prime d'excellence scientifique.
  • 2006 - INSERM CR1. Scientist permanent position.
  • 2006 - Award Georges Deflandre. Foundation de France.
  • 2006 - INSERM AVENIR. Group starting position & funding.

Publications