Étude sur le rôle de la dérégulation de la terminaison de la transcription et du métabolisme des R-loops dans la maladie des motoneurones – deterRmind

Si la transcription est essentielle à l’expression des gènes, elle peut également interférer avec des processus fondamentaux comme la réplication et la réparation de l'ADN, notamment lorsque la terminaison de la transcription est altérée. Dans certains cas, l'ARN naissant peut s'hybrider anormalement avec l'ADN matrice pour former une structure appelée R-loop. Si elles persistent, les R-loops peuvent favoriser l'accumulation de dommages à l'ADN et compromettre la stabilité du génome. Cependant, plusieurs études indiquent également que les R-loops peuvent réguler l’expression des génes, en modulant le dépôt de marques de chromatine et/ou l'action de complexes protéiques régulateurs. En raison de la double nature des R-loops, de nombreux facteurs interviennent pour contrôler leurs niveaux.
Chez l'homme, l'hélicase ARN/ADN senataxin (SETX) a des fonctions importantes dans la terminaison de la transcription et dans la résolution des R-loops. SETX a été l'objet de nombreuses études car sa mutation est associée à des maladies neurodégénératives. En particulier, SLA4, une forme juvénile de sclérose latérale amyotrophique (SLA) est provoquée par des mutations dominantes de gain de fonction dans SETX. La SLA est une maladie incurable caractérisée par la dégénérescence des motoneurones (MN). Jusqu'à présent, la fonction de SETX et l'impact fonctionnel des mutations associées à la SLA4 n’ont pas été étudiés dans les MN humains et, donc, les voies moléculaires conduisant aux défauts des MN dans la SLA4 restent mal compris. Pour combler cette lacune, nous avons généré des lignées de cellules souches pluripotentes humaines portant une mutation SLA4, et nous les avons différenciées en MN. De façon intéressante, nous avons constaté une réduction progressive de la longueur des axones des MN mutants, un trait pathologique présent également dans d'autres modèles de SLA. En accord avec ces défauts, ces MN présentent une répression substantielle de nombreux gènes liés à la fonction axonale. De plus, nous avons détecté une surexpression et une suractivation de la voie de signalisation de la superfamille du facteur de croissance transformant ß (TGF-ß), ce qui a été observé aussi dans des échantillons de MN de patients atteints de SLA4 et d'autres formes de SLA, validant davantage notre modèle.
Notre hypothèse est que les mutations de gain de fonction SLA4 entraînent une activité ectopique de SETX dans la terminaison de la transcription et la résolution des R-loops, provoquant ainsi une dérégulation de l'expression génique qui engendre la déficience des MN. Pour tester cette hypothèse, nous tirerons avantage des outils uniques et de l'expertise complémentaire des trois partenaires dans la transcription, le métabolisme des R-loops et la biologie des MN. Plus précisément, nous proposons d’intégrer des approches génomiques de pointe et innovantes avec des méthodes de biologie cellulaire pour: i) caractériser la fonction de SETX dans la terminaison de la transcription et la résolution des R-loops dans les MN humains; ii) déterminer comment les mutations SLA4 altèrent le recrutement et l'activité de SETX; iii) élucider les liens entre l'action dérégulée de SETX, les altérations de l'expression génique et les défauts des MN; et iv) évaluer si la modulation pharmacologique des voies dérégulées peut atténuer les phénotypes des MN.
Nous pourrons ainsi comprendre des mécanismes fondamentaux de l'expression et de la stabilité du génome dans les MN et leur implication dans SLA4. Considérant que des perturbations de l'expression génique, de la quantité de R-loops et de la signalisation TGF-ß ont été impliqués dans d'autres types de SLA, notre travail aidera à mieux comprendre l'étiologie d'autres formes de cette maladie. Enfin, en modulant les voies pathogèniques clés pour atténuer le dysfonctionnement des MN, nous espérons pouvoir fournir de nouvelles pistes thérapeutiques.