Approches translationnelles pour la caractérisation de la voie PTCHD1 impliquée dans les troubles neurodéveloppementaux – ASDecode

Notre programme de recherche a été construit selon une stratégie multidisciplinaire et intégrative (génétique, neurobiologie, protéomique, imagerie moléculaire du cerveau, modèles animaux, comportement, traitement médicamenteux) a combiné des approches moléculaires, cellulaires et in vivo afin d'identifier des indicateurs en lien avec l'impact de la déficience en PTCHD1 dans le cerveau en développement et d'évaluer des stratégies thérapeutiques précliniques.

Approche 1 : étudier le rôle cérébral de PTCHD1 et comprendre l’impact des mutations de ce gène associées à un TND.

Nous avons produit et analysé des cultures de neurones de souris contrôles et porteuses d’une mutation de PTCHD1, en utilisant des approches d'imagerie cellulaire pour étudier des paramètres de développement neuronal tels que la formation des dendrites et la densité et la morphologie des synapses. Nous avons également généré des cultures de neurones humains dérivés de lignées iPSC portant les mêmes types de mutation que celles dans les modèles murins, avec l’objectif d’explorer leurs caractéristiques morphologiques. Nous avons enfin cherché à identifier les partenaires synaptiques connectés à PTCHD1.

Approche 2. Caractériser les conséquences de mutations de PTCHD1 dans des modèles murins sur le fonctionnement cérébral in vivo

Cette partie a consisté à mieux comprendre comment la délétion ou la mutation de PTCHD1 affecte le fonctionnement cérébral, sous-tendant les anomalies comportementales observées chez ces modèles animaux. Nous avons cherché à déterminer si des modifications de l'activité métabolique cérébrale survenaient chez les souris mutantes Ptchd1 porteuses de la délétion complète ou de la mutation p.Y213C.

Approche 3. Stimuler certains circuits neuronaux dans le cerveau des modèles murins pour tenter de corriger les altérations neurodéveloppementales

Nous avions montré en 2018 que la perte complète de fonction de Ptchd1 modifie chez la souris l'activité des neurones dits excitateurs, générant un déséquilibre synaptique excitateur/inhibiteur. Cette hypothèse est toujours considérée comme une piste importante pour l'étiologie des TND. La conception d'essais cliniques synaptiques spécifiques, visant à déterminer si des « inversions » de phénotype pourraient également se produire chez l'humain, représente donc un défi majeur en neuropsychiatrie. Nous avons proposé d'évaluer l'arbaclofène, un agoniste des récepteurs inhibiteurs GABAB, afin d'améliorer le comportement et les phénotypes cérébraux chez le modèle murin Ptchd1-/y, qui n’exprime plus le gène Ptchd1.

Approche 4. Restaurer l'expression de PTCHD1 dans les neurones excitateurs par thérapie génique

Nous avions l'objectif de restaurer l'expression de Ptchd1 dans les neurones excitateurs par thérapie génique. Plus précisément, nous souhaitions réexprimer la protéine PTCHD1 sauvage dans les neurones excitateurs grâce à un vecteur viral adapté, ce qui nous permettait de cibler le cerveau.

Résultat 1. Analyse fonctionnelle de variants faux-sens du gène PTCHD1 associés à un TND.

Nous avons étudié 13 variants de PTCHD1 identifiés chez des sujets masculins présentant TND. Nous avons réalisé des tests fonctionnels des différents variantsa fin d'évaluer leur impact sur la fonction de la protéine PTCHD1. Six variants altéraient le niveau d'expression de la protéine PTCHD1 et n’atteignaient pas la membrane plasmique de la cellule. Ce travail a eu un impact significatif sur la résolution d'impasses diagnostiques dans les TND associés à des variants de signification incertaine dans le gène PTCHD1. Cette étude a été valorisée par une publication dans le journal Human Mutation.

Résultat 2. Génération modèles de progéniteurs neuronaux dérivés d'iPSC.

Nous avons introduit une lignée commerciale iPS humaine contrôle deux types de variants de PTCHD1 par l’approche d’édition du génome CRISPR Cas9:

(1) une mutation tronquante aboutissant à la perte d’expression du gène

(2) la mutation faux-sens p.Y213C, pour laquelle nous avons montré que celle-ci induisait un défaut d’adressage à la membrane plasmique. Tous ces clones ont été amplifiés, puis différenciés en progéniteurs neuronaux et stockés au passage 3 (P3) par nos soins (après vérification de leur bonne différenciation)

Résultat 3. PTCHD1 interagit avec la protéine RAC1 pour définir une nouvelle voie de signalisation synaptique.

Nous avons découvert que PTCHD1 interagit avec la Rho-GTPase Rac1, liant fonctionnellement PTCHD1 à des complexes protéiques au niveau des synapses excitatrices. PTCHD1 agit ainsi comme un régulateur d’une voie de régulation neuronale, et un déficit en PTCHD1 impacte certaines protéines synaptiques, et les épines dendritiques. Ces résultats font l'objet d'un manuscrit en cours de soumission.

Résultat 4. Exploration cérébrale in vivo de modèles physiopathologiques murins de Ptchd1 , analyse comportementale et test thérapeutique pré-clinique.

L’imagerie cérébrale pré-clinique in vivo a été utilisée pour étudier les modifications du métabolisme énergétique cérébral chez les souris porteuses de mutations dans le gène Ptchd1. Des profils d'activité métabolique similaires ont été observés chez les souris mutées par rapport aux témoins. Des altérations dans la capacités cognitives et une hyperactivité ont été observées chez les modèles mutants. Enfin, nous n'avons obtenu d'effet du traitement par l'arbaclofène sur les phénotypes comportementaux des souris Ptchd1 mutantes.

Résultat 5. Revue sur le rôle physiologique de PTCHD1 au cours du neurodéveloppement.

L'objectif de cette production publiée en 2025 était d'explorer les fonctions neurodéveloppementales de PTCHD1. En synthétisant les résultats d'études génétiques, moléculaires et comportementales, cette revue a souligné les rôles multifacettes de PTCHD1 dans le neurodéveloppement et la régulation synaptique.

. Développement de tests fonctionnels systématiques pour résoudre les impasses diagnostiques face à des variants de signification incertaine dans le gène PTCHD1.

. Désorphaniser le récepteur PTCHD1 pour comprendre son action au cours du développement neuronal et synaptique, et suivre son expression et sa localisation endogène au sein du cerveau: Développement d'outils innovants de type Nanobodies.

. Ciblage de la dynamique de l'impact physiopathologique sur le développement précoce du cerveau, en conditions in vitro et in vivo: PTCHD1 assure possiblement une fonction dans des processus de développement neuronal en amont de la synaptogenèse et de la maturation synaptique.

Améliorer la compréhension de la biologie à la base du développement anormal du cerveau et de la connectivité dans les troubles du spectre autistique (TSA) constitue un défi majeur pour la recherche translationnelle en psychiatrie. L’intégration des analyses génétiques, fonctionnelles, cliniques et d’imagerie cérébrale fournit des éléments précis sur la physiopathologie et l’élaboration de perspectives thérapeutiques. C’est l’objectif d’ASDecode pour le gène PTCHD1 muté chez environ 1% des patients avec TSA. Ce programme de recherche combine des méthodologies intégratives sur des modèles cellulaires (neurones, hiPSC) et précliniques (souris mutantes) pour (1) comprendre la physiopathologie des mutations de PTCHD1 par des approches multi-omiques, et (2) évaluer des approches thérapeutiques précliniques innovantes. Le projet ASDecode établira des éléments majeurs pour l’identification de biomarqueurs et des perspectives thérapeutiques chez les patients porteurs de mutations de PTCHD1.