Des dysplasies squelettiques à la synthèse des GAG : rôle de SLC10A7 – SKELGAG
Our previous studies support the recognition of a new group of inborn conditions leading to defects in GAG biosynthesis. In our cohort of CDM patients, pathogenic variants have been identified in genes encoding proteins not directly related to proteoglycan synthesis, such as calcium activated nucleotidase-1 (CANT-1) or SLC10A7, which encodes a member of the SLC family of uncharacterized transporters. The link between SLC10A7 and divalent ion homeostasis is not clear but yeast studies have shown that SLC10A7 homologs could act as negative regulators of cytosolic calcium homeostasis. To date, we have identified four different putative transporters or Ca2+ binding proteins (SLC10A7, CANT1 and two yet unpublished genes) in patients with CDM. We hypothesize that these transporters are involved in the regulation of Golgi ion homeostasis and that impaired ion homeostasis results in Golgi glycosylation and GAG synthesis defects. For this reason, we hypothesize that restoration of Golgi ion homeostasis would lead to normalization of the GAG biosynthesis process and pave the road of novel approaches for treatment of CDM syndromes. We will strategically focus on SLC10A7, for which both patient fibroblasts and Slc10a7-/- mouse models are already available.
Our first aim was to fully characterize the long bone, the craniofacial and teeth phenotypes and to understand the links between skeletal dysplasia and specific GAG synthesis defect, using the Slc10a7-/- mouse as a model. Our preliminary data show growth plate disorganization with significant impairment of chondrocyte maturation, Heparan (HS) and Chondroitin sulfate (CS) biosynthesis defects, reduced mineralization and specific impacts of FGF2 stimulation on Bmp2, runx2 and Mmp13. RNA sequencing and matrisome analysis will be studied in chondrocytes from mouse ribs and osteoblasts from mouse calvaria of Slc10a7-/- and control mice to decipher the molecular mechanisms underlying the impairment of endochondral and membranous ossification.
Our second aim was to test the efficacy of ion supplementation on a Slc10a7-/- mouse model, as performed in TMEM165-CDG (OMIM entry #614727), a key Golgi transporter regulating both Ca2+ and Mn2+ Golgi homeostasis, in which Mn2+ supplementation has been shown to suppress the glycosylation defects. We have already shown efficacy of Mn2+supplementation for restoring normal HS immunostaining in SLC10A7 patient fibroblasts. We will test the effect of Mn2+ supplementation in chondrocytes and osteoblasts from murine models. If ion supplementation improves the GAG synthesis defects, ion supplementation will be administered to Slc10a7-/- mice through drinking water.
Les dysplasies squelettiques avec luxations multiples (SDM) sont caractérisées par des luxations des grosses articulations, une scoliose et un retard de croissance. Plus de 10 entités ont été décrites à ce jour, principalement liées à des variations pathogènes dans des gènes codant pour les glycosyltransférases («linkeropathies»), sulfotransférases, épimérases ou transporteurs de sulfate, tous requis pour la biosynthèse des chaînes de glycosaminoglycane (GAG) du sulfate d'héparane (HS) et du sulfate de chondroïtine (CS ) des protéoglycanes (HSPG et CSPG). Nous avons tout récemment identifié des mutations homozygotes dans SLC10A7, qui code pour un membre non caractérisé de la famille de transporteurs SLC. Pour mieux comprendre la fonction de SLC10A7, nous avons développé un modèle de souris invalidé pour le gène Slc10a7 qui mime le phénotype humain. Les résultats préliminaires ont démontré une forte diminution des HS dans les fibroblastes patients et les cartilages de souris Slc10a7-/-. Nous avons également observé une anomalie du profil de glycosylation de type II, (CDG II), caractérisée par la présence de structures N-glycanes tronquées et anormales chez les patients. Nos résultats suggèrent l'implication spécifique de SLC10A7 dans la synthèse des protéoglycanes et plus généralement dans la glycosylation Golgienne. Le lien de SLC10A7 avec l'homéostasie des ions divalents n'est pas clair mais des études chez la levure suggèrent que les orthologues de SLC10A7 pourraient agir comme régulateur négatif de l'homéostasie du calcium cytosolique.
Notre projet repose sur l’hypothèse que les mutations identifiées dans SLC10A7 entrainent un défaut de synthèse des GAG en jouant sur l’homéostasie ionique. La restauration de cette homéostasie ionique dans le Golgi devrait permettre une normalisation du processus de biosynthèse du GAG et ouvrir ainsi le champ des nouvelles thérapies pour les patients SDM.
Le but de notre projet est de caractériser le rôle de SLC10A7 dans la glycosylation et la synthèse des GAG et d’étudier les conséquences spécifiques sur l’ossification en utilisant des modèles cellulaire humains et murins déjà disponibles. Notre but ultime est de tester de nouvelles thérapies basées sur la restauration de l’homéostasie ionique.
Nous combinons l'expertise complémentaire et synergique de trois équipes 1) dans les dysplasies squelettiques et les processus d'ossification 2) dans la glycosylation du Golgi et l'homéostasie du Golgi 3) dans la biosynthèse du GAG.
Trois objectifs principaux seront poursuivis:
WP1: Elucidation des rôles de SLC10A7 dans la glycosylation du Golgi et l'homéostasie ionique (Equipe 2). La contribution de SLC10A7 dans l'homéostasie Ca2+/Mn2+ sera étudiée.
WP 2: Analyse des conséquences spécifiques de la déficience en SLC10A7 sur l'ossification endochondrale et membraneuse en utilisant le modèle de souris Slc10a7-/- (Equipes 1 et 3). L'effet de supplémentation en ions sera testé sur les défauts de synthèse et de glycosylation du GAG chez les souris Slc10a7-/-
WP3: Glyscosylation Golgienne et vers de nouvelles thérapeutiques (Equipes 1, 2 et 3).
comprenant i) une analyse structurale des glycoconjugués et une caractérisation des défauts de synthèse GAG dans les échantillons de patients et de souris, ii) une analyse par exome sur des échantillons de patients SDM avec des bases moléculaires encore inconnues.
Coordination du projet
Valerie Cormier-Daire (IHU IMAGINE - INSTITUT DES MALADIES GÉNÉTIQUES)
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
UMR_S 1163 IHU IMAGINE - INSTITUT DES MALADIES GÉNÉTIQUES
UGSF Unité de glycobiologie structurale et fonctionnelle
CRRET Laboratoire de recherche sur la croissance cellulaire, la réparation et la régénération tissulaires
Aide de l'ANR 575 992 euros
Début et durée du projet scientifique :
décembre 2018
- 48 Mois
