Caractérisation génétique et fonctionnelle des gènes WDR dans les maladies neuro-développementales et leur comorbidité – WDR

Nous utilisons trois principales méthodologies résumées ci-dessous.

Les données neuroanatomiques sont collectées à une résolution cellulaire dans 78 régions cérébrales (y compris le corps calleux) en utilisant des coupes histologiques. En bref, chaque cerveau est fixé puis découpé sur deux plans, produisant ainsi trois blocs de paraffine par cerveau. Les coupes doivent être bien symétriques et correspondre à des caractéristiques anatomiques bien définies. Ensuite, nous effectuons une double coloration en utilisant le nissl pour les neurones et le luxol pour la myéline. Les lames entières sont numérisées à l'aide d'un scanner numérique Hamamatsu, offrant une ultra-haute définition. Les données sont collectées sur 22 paramètres cérébrales à Bregma +0,98 mm, 41 à Bregma -1,34 mm et 15 Bregma -5,80 mm. Les sections endommagées et coupées de manière asymétrique sont exclues des analyses.

L'étude de la fonction des gènes dans le développement du cerveau humain est très limitée chez l'homme. L'une des raisons d'utiliser la souris est qu'un gène peut être inactivé dans un tissu/cellule spécifique à un moment spécifique. L'avantage de travailler avec les souris knock-out de l'IMPC est la possibilité de dériver un allèle conditionnel pour le même gène que nous avons examiné dans un KO constitutionnel. Un autre avantage est la disponibilité du profil d'expression du gène ciblé à E14.5. Ceci a été réalisé en utilisant le gène rapporteur lacZ.

Nous évaluons les paramètres métaboliques in vivo tels que le taux d'échange respiratoire, la dépense énergétique, l'utilisation du substrat et la consommation alimentaire. Les lignées mutantes d'intérêt de souris sont transférés dans des chambres calorimétriques. Nous nous intéressons également à la détection du glucose hypothalamique en utilisant un test consistant en l'injection carotidienne d'un petit bolus de glucose.

Une découverte majeure que mon laboratoire a faite a été l'identification pour la première fois de la pertinence des gènes WD40-repeat (WDR) dans le développement du cerveau.

En effet, les gènes WDR sont 3 fois plus susceptibles d'être associés à des défauts neuroanatomiques que toute autre famille de gènes. Nous avons constaté que les mutations de sept gènes WDR (Atg16l1, Coro1c, Dmxl2, Herc1, Kif21b, Wdr47 et Wdr89) étaient associées à des anomalies cérébrales avec les sept mutants WDR présentant des anomalies du corps calleux. Cela montre l'importance fonctionnelle des gènes WDR dans la connectivité cérébrale, en particulier dans la genèse du corps calleux, une commissure qui offre des avantages neurologiques d'ordre supérieur chez les mammifères placentaires.

Nous avons choisi de nous concentrer sur le gène WDR47, peu étudié, pour deux raisons: 1) il partage une forte homologie structurale avec LIS1 et 2) est associé au plus sévère des phénotypes neuroanatomiques, à savoir l'agénésie du corps calleux ou ACC. Nous avons démontré que le gène WDR47 joue un rôle dans la prolifération des progéniteurs, la migration neuronale et les projections axonales, d'une manière similaire à LIS1 mais avec la particularité que le gène WDR47 inhibe le flux autophagique. Notre caractérisation fonctionnelle révèle un lien entre l'autophagie et le domaine CTLH de WDR47 pour la première fois chez les mammifères.

Grâce au partage de données, nous avons identifié deux familles présentant des mutations homozygotes dans le gène WDR47, montrant une agénésie du corps calleux, un résultat similaire au modèle murin. Ce projet offre ainsi une nouvelle perspective pour l'association du gène WDR47 avec une pathologie neurodéveloppementale rare et la possibilité d'études fonctionnelles plus approfondies pour comprendre les mécanismes de la maladie et explorer les voies thérapeutiques.

La comorbidité de la déficience intellectuelle (DI) avec l'obésité est susceptible d'avoir des racines complexes et restera un défi majeur à comprendre. Un tiers des enfants avec DI sont obèses, ce qui représente plus de 5% de tous les enfants obèses. Le défi futur de la recherche sur la DI réside dans l'étude fonctionnelle des gènes identifiés. La plupart des cas non diagnostiqués sont de nature génétique et seront identifiés grâce à la technologie de séquençage haut-débit dans les années à venir, mais reste le problème de la pathogénicité manquante que nous traitons via notre approche. Cela offre une chance tangible de valider le diagnostic génétique et d'aider à la stratification clinique de ces maladies. Cela pourrait également ouvrir des perspectives thérapeutiques dans le but ultime de soulager les symptômes chez les enfants souffrant de ces troubles dévastateurs.

Ce projet a l'originalité d'utiliser une approche génétique dite «reverse« en mettant l'accent sur les gènes WDR pour expliquer comment les déficiences intellectuelles et l'obésité se rencontrent au carrefour de certains troubles génétiques humains rares. Ce projet offre une approche multidisciplinaire et se positionne à la pointe de la génétique et de la physiologie visant à déchiffrer la fonction de nouveaux gènes WDR. Très peu de laboratoires ont réussi à exploiter des données génétiques à grande échelle avec des approches plus fines pour établir avec précision la fonction des gènes candidats ainsi découverts.

Kannan M, Bayam E, Wagner C, Rinaldi B, Kretz PF, Tilly P, Roos M, McGillewie L, Bär S, Minocha S, Chevalier C, Po C, Chelly J, Mandel JL, Borgatti R, Piton A, Kinnear C, Loos B, Adams DJ, Hérault Y, Collins SC, Friant S, Godin JD, Yalcin B.
WD40-repeat 47, a microtubule-associated protein, is essential for brain development and autophagy.
Proc Natl Acad Sci U S A. 2017 Oct 31;114(44):E9308-E9317.

Collins SC, Mikhaleva A, Vrcelj K, Vancollie VE, Wagner C, Demeure N, Whitley H, Kannan M, Balz R, Anthony LFE, Edwards A, Moine H, White JK, Adams DJ, Reymond A, Lelliott CJ, Webber C, Yalcin B.
Large-scale neuroanatomical study uncovers 198 gene associations in mouse brain morphogenesis.
Nature Communications. 2019 Aug 1;10(1):3465.

Les maladies neuro-développementales représentent aujourd’hui 5 à 10 % des coûts de santé publique, pourtant leurs causes biologiques restent encore méconnues. Les récentes avancées technologiques de séquençage ont permis la découverte de plus en plus de mutations dans les gènes WDR, une des plus grandes familles de gènes chez les eucaryotes. Les patients atteints de ces WDRopathies présentent souvent des malformations cérébrales et une obésité comorbide. Nos objectifs sont d’identifier les mécanismes génétiques et les réseaux de gènes associés aux fonctions cognitives et leur comorbidité en utilisant la souris comme modèle. Nous abordons ces questions dans un contexte multidisciplinaire, combinant la génétique humaine et celle de la souris, les approches génomiques à grande échelle et les études fonctionnelles dans le but ultime de mieux comprendre les causes biologiques de ces maladies et ainsi, améliorer le diagnostic clinique et le traitement des patients.