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DS04 - Vie, santé et bien-être

Etude de la function de C9ORF72 et de son importance dans la Sclérose Latérale Amyotrophique – C9ORF72-ALS

Understanding teh molecular basis of Amyotrophic Lateral Sclerosis

Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) is an incurable neurodegenerative disease characterized by degeneration of motor neurons. An expansion of GGGGCC repeats in the C9ORF72 gene is the most common cause of familial ALS. We propose her to understand how tehse repeats are pathogenic and lead to neuronal cell death.

Understanding teh molecular basis of Amyotrophic Lateral Sclerosis

Recently, the most common genetic cause of ALS was identified as an expansion of CGGGGC repeats located within the first intron of the C9ORF72 gene. This mutation leads to expression of toxic DPR proteins translated from the GGGGCC repeats in absence of any ATG start codon through a yet unexplained and non-canonical mechanism of translation (RAN translation). Furthermore, expanded GGGGCC repeats causes a decreased expression of the C9ORF72 protein. Currently, it is unclear which one of these mechanisms is the leading cause of neuron degeneration and death. Also, while mutation in the C9ORF72 gene is the most common cause of ALS, there is little, yet, known on the function of the C9ORF72 protein.

Our results indicate that C9ORF72 is a regulator of autophagy, which is a catabolic cellular mechanism indispensable for neurons to eliminate toxic proteins prone to aggregation. Consequently, reduce expression of C9ORF72 in ALS patients leads to sub-optimal autophagy that sensibilizes neurons to a second stress, resulting in neuronal cell degeneration (Sellier et al., 2016). As DPR proteins translated from expanded GGGGCC repeats are prone to aggregation, we tested whether DPR expression could constitute a stress regulated by C9ORF72-mediated autophagy. Importantly, our preliminary results demonstrate that accumulation of DPR under their natural sequences is prevented by autophagy, resulting in little accumulation of DPR proteins in normal conditions. In contrast, suboptimal autophagy due to reduce expression of C9ORF72 enhances accumulations of DPR aggregates, ultimately resulting into neuronal cell death. Furthermore, our data also indicate that expanded GGGGCC repeats are translated through initiation to near cognate start codons. Near cognate initiation codons are codons differing from the initiation AUG codons by one base (CUG, GUG, UUG, ACG, AAG, etc.), but that can still initiate translation provided they are embedded in a correct Kozac consensus sequence. Thus, this work provides a mechanism to the RAN translation of GGGGCC repeats in absence of any ATG start codon in ALS, but may also helps to clarify the mechanisms of RAN translation in other genetic diseases caused by expanded microsatellite repeats

In conclusion, our results indicate that neuronal cell death in ALS may result from a double hit mechanism, where the sub-optimal autophagy due to C9ORF72 reduced expression may synergize the toxicity of a second stress: the near-cognate codon initiated translation of expanded GGGGCC repeats into toxic DPR proteins prone to aggregation.

We propose to explore further the cellular functions of C9ORF72 and confirm the pathogenicity of our double hit hypothesis, notably by developing novel animals (zebrafish and mice) models expressing these DPR proteins under their natural near-cognate start codons. Importantly, we will then test the toxicity of these DPR proteins in absence of C9ORF72 expression using our already developed knockdown and knockout zebrafish and mouse models.

Novel antibodies reveal presynaptic localization of C9orf72 protein and reduced protein levels in C9orf72 mutation carriers. Frick P, Sellier C, Mackenzie IRA, Cheng CY, Tahraoui-Bories J, Martinat C, Pasterkamp RJ, Prudlo J, Edbauer D, Oulad-Abdelghani M, Feederle R, Charlet-Berguerand N, Neumann M. Acta Neuropathol Commun. 2018 Aug 3;6(1):72.

Résumé de soumission

La sclérose latérale amyotrophique (SLA), également appelée maladie de Charcot, est une maladie neurodégénérative de l'adulte. Elle est caractérisée par une dégénérescence progressive des motoneurones du cortex cérébral et de la corne antérieure de la moelle épinière. Elle provoque ainsi une paralysie progressive et fatale de l'ensemble des muscles squelettiques, conduisant à la mort des patients généralement en 3 à 5 ans après l’apparition des premiers symptômes.

La cause génétique la plus fréquente de SLA est une expansion de répétition des nucléotides GGGGCC dans la le premier intron du gène C9ORF72. Cette expansion de plusieurs centaines à milliers de répétions GGGGCC est pathogénique selon plusieurs mécanismes non exclusifs. Premièrement ces répétitions diminuent l’expression du gène C9ORF72 et donc de la protéine correspondante. De plus ces répétitions GGGGCC sont traduites par un mécanisme non canonique en protéines toxiques, les DPR (“dipeptide repeat”). Toutefois, malgré l’importance du gène C9ORF72, on connait mal sa fonction.

Nos données récentes montrent que la fonction de C9ORF72 serait de participer à l‘élimination d’agrégats de protéines toxiques pour les neurones (autophagie). Nos résultats montrent aussi que la diminution d’expression de C9ORF72 chez les patients SLA sensibilise les neurones à un deuxième stress, responsable de la mort des neurones (Sellier et al., 2016). Ce deuxième stress pourrait être la traduction des répétions GGGGCC en protéines DPR toxiques. Nous souhaitons mieux comprendre ce mécanismes et notamment comment la diminution d’expression de C9ORF72 renforce la toxicité des proteines DPR traduites à partir des repetitions GGGGCC. De plus, nous souhaitons identifier des molécules pharmaceutiques pouvant corriger la mort neuronale dues à ces expansions de répétions.

En conclusion, ce projet permettrait de mieux comprendre les causes moléculaires à l’origine de la SLA, mais aussi d’établir des stratégies thérapeutiques pour cette maladie dévastatrice.

Coordination du projet

Nicolas Charlet-Berguerand (Institut de génétique et de biologie moléculaire et cellulaire)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenariat

IGBMC Institut de génétique et de biologie moléculaire et cellulaire
U 1127- Inserm - ICM U 1127 - Inserm DR6

Aide de l'ANR 543 160 euros
Début et durée du projet scientifique : septembre 2017 - 48 Mois

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