Ubiquitination médiée par NEDD4L et deregulation des voies AKT-mTOR dans les malformations du development cortical – MCD-NEDD4L-mTOR

Les malformations du développement cortical (MCD) telles que les lissencéphalies/pachygyries, les polymicrogyries, les hétérotopies nodulaires périventriculaires (HNP), ainsi que les dyplasies corticales focales (DCF) sont fréquemment associées soit à de l'épilepsie, soit au retard de développement, soit à ces deux troubles cliniques. Les étiologies génétiques sont souvent suspectées et chaque fois que des causes génétiques ont été déchiffrées, il apparaît que plus de 50% des MDC sont principalement associées à des mutations de gènes codants pour des isoformes de tubulines (TUBA1A, TUBB2B, TUBB3, TUBB5 et TUBG1) et de protéines qui interagissent avec les MT (ex: DCX, LIS1, KIF2A, KIF5C, DYNC1H1), tandis que 10 à 15% des DCE sont associées à des mutations activatrices dans des gènes qui codent pour des partenaires des voies Pi3K / AKT / mTOR.

Plus récemment, nous avons montré que des mutations faux-sens dans le domaine catalytique HECT de l'ubiquitine ligase E3, NEDD4L, conduisent à des anomalies du développement et que tous les patients atteints présentent en commun une HNP. Nous avons ensuite montré par des études cellulaires et d'expression que l'activité d'ubiquitination des mutants NEDD4L est préservée, tandis que leur sensibilité à la dégradation par le protéasome est augmentée. De plus, des explorations utilisant l’approche d’électroporation in utero ont montré que les mutants associés à l’HNP et l'excès de NEDD4L WT affectent la neurogénèse et le positionnement neuronal. Des études supplementaires ont révélé des dérégulations différentielles des voies de signalisation PI3K-AKT-mTOR et TGFß-Smad2/3. L'excès de NEDD4L WT conduit à une perturbation des voies Dab1 et mTORC1 tandis que les mutations responsables d’HNP sont associées à une dérégulation des activités de mTORC1, AKT et Smad2/3 (Broix et al., Nat Genet 2016, 48: 1349 - 1358).

Bien que ces résultats soulignent le rôle crucial de NEDD4L dans le développement du cerveau, ils soulèvent également plusieurs questions non encore élucidées. A itre d'exemple, comment des mutations dans le domaine HECT conduisant à une instabilité de NEDD4L affectent la régulation des voies de signalisation PI3K-AKT-mTOR? Quels sont les mécanismes par lesquels les altérations de signalisation affectent les différents processus de développement pendant la corticogenèse? Quels sont les substrats et les interactions de NEDD4L qui sont à la base des perturbations biologiques caractérisées?

Afin de mieux comprendre la fonction de NEDD4L et le rôle de l'ubiquitination médiée par NEDD4L au cours du développement du cerveau, le principal objectif de notre projet va consister à disséquer et comprendre le rôle de NEDD4L dans la régulation des voies AKT/mTOR et leurs contributions dans la régulation des processus neuronaux impliqués dans le développement cortical. En abordant cet objectif, nous apporterons aussi un éclairage sur les mécanismes moléculaires et cellulaires qui sous tendent l'implication bien établie des voies de signalisation PI3K/AKT/mTOR dans le large spectre de pathologies caractérisé par des MCD et des DCF provoqué par des mutations de gènes tels que AKT3, PIK3R2 et PIK3C.

Pour répondre à l'objectif mentionné ci-dessus, nous proposons dans ce projet collaboratif qui rassemble des groupes avec des compétences complémentaires, des études fonctionnelles qui combinent des explorations utilisant un modèle murin knock-in conditionnel (cKI) et des cellules hiPSC dérivées de fibroblastes d'un patient portant la mutation p.R897Q à l’état hétérozygote (et leurs contrôles isogéniques qui seront générés par la stratégie CRISPR / Cas9). Nous réaliserons aussi des études ciblées et à grande échelle in vitro et in vivo pour identifier les substrats et les interactants de NEDD4L ayant des rôles critiques dans la régulation des voies AKT/mTOR au cours des processus du développement du cortex cérébral.