Identification des régulateurs clés d’un réseau de gènes associé à l’épilepsie – EpiReg

Le travail expérimental du « work package » (WP)1 se fait sur des rats chez lesquels une épilepsie du lobe temporal est induite par injection de lithium et de pilocarpine. Nous étudions leurs électroencéphalogrammes pour objectiver l’effet antiépileptique des médicaments sélectionnés en comparant les rats exposés à ces médicaments et à une solution saline témoin. Nous collectons les cerveaux de ces rats pour objectiver l’effet transcriptonnel des médicaments testés en analysant l’expression des gènes à l’échelle du génome entier par séquençage des ARN messagers (c’est-à-dire par transcriptome ou « RNAseq »).

Pour le WP2, l’identification de régulateurs clés du réseau de gènes M30 se fait par des approches de génétique des systèmes et d’analyse de réseaux de régulation génique. Le « mapping » de locus régulateur de l’expression des gènes du réseau M30 a été fait par inférence bayésienne pour sélectionner le meilleurs modèle de multi-variables de variations polymorphiques d’un seul nucléotidique (SNP) qui serait associé à l’expression de M30 (software GUESS : www.bgx.org.uk/software/guess.html).

Les locus régulateurs sélectionnés à partir des données issues de 129 patients avec épilepsie du lobe temporal n’ont pas été répliqués sur les données issues du Consortium United Kingdom Brain Expression (UKBEC, n=88).
Les tests sur les effets de médicaments candidats sur le modèle d’épilepsie temporal chez le rat sont en cours. En attendant, les tests effectués sur les poissons zèbres sont prometteurs : ils indiquent un effet protecteur d’un médicament candidat lors de l’exposition à un toxique proconvulsivant.

Le projet EpiReg se déroule selon les objectifs prévus et l’avancée du projet est significative. Le projet EpiReg générera de nouveaux jeux de données d'expression associées à des données fonctionnelles et phénotypiques pour plusieurs modèles animaux d'épilepsie. La validation in vivo de médicaments candidats comme anti-épileptique et l'identification de régulateur(s) génétique(s) primaire(s) du réseau de gènes associé à l'épilepsie M30 apporteront des orientations claires pour le développement de nouveaux médicaments contre l’épilepsie.

Delahaye-Duriez A, Réda C, Gressens P. [Identification of therapeutic targets and drug repurposing via gene network analysis]. Med Sci (Paris). 2019 Jun-Jul;35(6-7):515-518. doi:10.1051/medsci/2019108. Epub 2019 Jul 5. French.

Réda C, Kaufmann E, and Delahaye-Duriez A. Machine learning applications in drug development. Comput. Struct. Biotechnol. J. 2020 doi:10.1016/j.csbj.2019.12.006. [Epub ahead of print] hal.inria.fr/hal-02533303/

L’épilepsie est une maladie neurologique grave qui se caractérise par une récurrence non provoquée de crises convulsives. La biologie des systèmes et les analyses de réseaux de gènes constituent des approches puissantes pour étudier les voies moléculaires impliquées dans l’épilepsie. Elles ont aussi déjà permis de pointer de nouvelles cibles thérapeutiques. Le Dr Delahaye a participé à l’identification du réseau de gènes M30 pour lequel converge une association aux formes communes et rares d’épilepsie. Le réseau M30 se compose de 320 gènes largement exprimés dans le cerveau humain sous un contrôle étroit pendant le développement. Ces gènes codent principalement pour des protéines qui interagissent entre elles et qui sont impliquées dans des processus synaptiques. L’hypothèse principale du projet EpiReg est qu’en ciblant ce réseau de gènes on pourrait développer de nouvelles stratégies thérapeutiques. Comme preuve de concept, nous avons démontré à partir du jeu de données “Connectivity map” (CMap), que parmi les médicaments capables d'induire des changements du niveau d'expression sur les lignées cellulaires, l'acide valproïque (VPA), un médicament anti-épileptique largement utilisé avec un large spectre d'efficacité, est celui qui est prédit le plus significativement pour restaurer l'expression de M30 vers un état non épileptique. Le dépistage systématique de médicaments en fonction de leur effet mesuré sur l'expression des gènes a également prédit que la withaferine A (WFA) inverse les changements d'expression de M30 associés à l'épilepsie.
La première partie du projet EpiReg vise à valider in vivo dans un modèle d'épilepsie de rat cette approche de selection in silico de médicament candidat. Les enregistrements des élecroencephalogrammes de rats épileptiques exposés à la WFA et à la VPA seront étudiés ainsi que le transcriptome à partir de leurs hippocampes. La deuxième partie du projet EpiReg vise à identifier le(s) régulateur(s) du réseau de gènes M30 en utilisant des approches innovantes de génétique des systèmes, puis de les valider in vivo sur un modèle poisson-zèbre.
Le projet EpiReg générera de nouveaux jeux de données d'expression associées à des données fonctionnelles et phénotypiques pour plusieurs modèles animaux. La validation in vivo de la WFA comme médicament anti-épileptique et l'identification de régulateur(s) génétique(s) primaire(s) du réseau de gènes associé à l'épilepsie M30 apporteront des orientations claires pour le développement de nouveaux médicaments contre l’épilepsie.