Mécanismes physiopathologiques des microcéphalies Rôle du centrosome et du cil primaire dans le développement du cortex cérébral – CentrosomeCiliaMicroceph

Les malformations du développement cortical (MCD) constituent un large spectre de malformations cérébrales représentant une cause majeure de déficience intellectuelle et d'épilepsie. Parmi celles-ci, la microcéphalie (MIC) se caractérise par une réduction prénatale de la taille du cerveau qui peut être isolée ou associée à d'autres MCD dont les défauts de gyration. L’architecture corticale est déterminée par les multiples cellules progénitrices neuronales (NSPC) qui contribueraient de façon spécifique à la régulation de taille et de gyration du cortex cérébral au cours du développement.
Les centrosomes ont été largement impliqués dans les mécanismes pathologiques sous-jacents la MIC avec au moins 28 gènes identifiés à ce jour. Ce centre organisateur des microtubules est constitué d’une paire de centrioles, eux-mêmes constitués de neuf triplets de microtubules. Au cours de la division cellulaire, les centrosomes coordonnent la formation du fuseau mitotique, tandis que dans les cellules quiescentes ou en interphase (G1), ils migrent vers la surface cellulaire où le centriole mère devient un corps basal qui s’ancre à la membrane plasmique pour générer un cil primaire. Les conséquences du dysfonctionnement des protéines centrosomales sur la formation du fuseau mitotique sont reconnues depuis longtemps comme un des mécanismes clés sous jacent la MIC mais celles sur la biogenèse et la fonction du cil primaire n’ont émergé que récemment. Ainsi, des défauts ciliaires ont été détectés chez des patients mutés dans divers gènes de MIC. En outre, plusieurs gènes codant des protéines centrosomales sont responsables de ciliopathies. Cette double fonction du centrosome pose la question de comment la perturbation de protéines fonctionnellement proches peut conduire à des phénotypes corticaux aussi variés allant de malformations indétectables à l’IRM dans les ciliopathies à une MIC avec anomalies de gyration.
Bien que la génétique humaine ait identifié des mutations dans plusieurs gènes codant des protéines centrosomales comme responsables de MIC et de ciliopathies, des questions restent sans réponse: 1/ De nombreux patients demeurent sans cause moléculaire à ce jour, aussi nous proposons de rechercher de nouveaux gènes responsables de MIC. Des études préliminaires d'exome réalisées sur une cohorte unique de cas fœtaux et postnataux de MIC avec ou sans défauts de gyration, nous ont permis d’identifier deux gènes candidats, LRRTM4 et MTOR mettant en lumières de nouveaux mécanismes responsables de la diminution du pool et du devenir des cellules progénitrices 2/ Aux vues du rôle émergent du cil primaire dans le développement cortical, nous proposons de disséquer les mécanismes spécifiques associés à la perte de fonction de gènes centrosomaux conduisant à des malformations corticales distinctes: ASPM pour les MIC isolées,WDR62 pour les MIC associés à des défauts de gyration et CEP290 impliqués dans les ciliopathies. Rechercher les conséquences d’un dysfonctionnement de ces protéines sur la formation du fuseau mitotique ainsi que sur la biogenèse et la fonction du cil primaire dans des sous-types spécifiques de cellules progénitrices devrait nous permettre de mieux comprendre les mécanismes cellulaires sous-jacents les différents phénotypes corticaux.
En plus de l'analyse immunohistologique de tissus cérébraux humains, nous proposons de générer des modèles innovants de culture cellulaire en 2D (rosettes neurales) et 3D (organoïdes cérébraux) à partir de cellules souches pluripotentes induites dérivées de fibroblastes de patients. Ces approches complémentaires devraient nous permettre de disséquer les mécanismes pathophysiologiques sous-jacents la dysrégulation de l’architecture corticale et d’augmenter notre compréhension du rôle du cil primaire au cours du développement normal et pathologique du cortex cérébral.