Maladie liée à STAC3: thérapie génique et hyperthermie maligne – STAC3

Le projet est organisé en deux parties. Les études portant sur la fonction normale et pathologique de STAC3 seront principalement réalisées sur un modèle cellulaire par le partenaire autrichien à Innsbruck. L'ensemble des travaux sur les modèles murins (génération et caractérisation du modèle, développement des approches thérapeutiques) sera principalement effectué par le partenaire français à Strasbourg.

Pour les travaux cellulaires, nous avons généré des myotubes exprimant STAC3 avec ou sans la mutation la plus fréquente. Nous avons également identifié différentes isoformes de STAC3 (= différentes protéines codées par un même gène) et créé plusieurs constructions correspondant à différents domaines de la protéine.

Nous étudierons la capacité des différentes isoformes et constructions de STAC3 à assurer un couplage excitation-contraction normal dans les myotubes en enregistrant les transitoires calciques. Dans un second temps, les myotubes seront exposés à l’halothane (anesthésique déclenchant la MH) ainsi qu'à la caféine (qui induit des mouvements intracellulaires de calcium), puis les mêmes analyses seront réalisées.

Nous étudierons également l'expression de plusieurs gènes impliqués dans la régulation de l'homéostasie calcique. En parallèle, nous analyserons l'effet pathogène d'autres mutations responsables de la MH afin d'identifier les mécanismes physiopathologiques communs ou spécifiques aux différentes formes de la maladie.

Les travaux sur les modèles animaux reposent sur deux modèles murins : des souris portant la mutation STAC3 la plus fréquente (à générer et caractériser), et des souris présentant une délétion complète de STAC3 dans le muscle (déjà disponible). Après caractérisation systématique du modèle murin portant la mutation fréquente de STAC3 (mesure de la masse musculaire, tests comportementaux, évaluation de la force musculaire et de la fatigabilité, analyse morphologique des fibres musculaires), les deux modèles recevront une injection unique d'un vecteur viral délivrant STAC3. Nous évaluerons ensuite la distribution du vecteur dans différents tissus, réaliserons des échocardiographies afin d'étudier la fonction cardiaque, analyserons la fonction et la structure musculaires 4 et 8 semaines après l'injection, puis isolerons des fibres musculaires individuelles afin de mesurer les flux de calcium.

Pour la partie coordonnée par le partenaire français, les souris STAC3 portant la mutation la plus fréquente ont été générées avec succès. Les animaux sont viables et fertiles, et nous constituons actuellement des cohortes de taille suffisante pour leur caractérisation systématique.

Les travaux cellulaires réalisés par le partenaire autrichien sont en cours, et une première description des résultats sera prochainement disponible.

À l'heure actuelle, la maladie liée à STAC3 demeure très mal comprise et aucun traitement n'est disponible pour cette affection sévèrement invalidante, ce qui représente une lourde charge pour les familles concernées.

L'étude du rôle de STAC3 dans le couplage excitation-contraction ainsi que des effets pathogènes des mutations de STAC3 permettra de mieux comprendre les mécanismes moléculaires responsables du développement de l'hyperthermie maligne. L'analyse du rôle fonctionnel des différents domaines de STAC3 contribuera à concevoir de futures approches thérapeutiques ciblées. Par ailleurs, la collaboration entre les équipes autrichienne et française permettra de relier les mécanismes cellulaires aux manifestations observées chez l'organisme entier, offrant ainsi une vision plus complète de la maladie liée à STAC3 et de la physiopathologie de l'hyperthermie maligne, tout en améliorant la sécurité des patients lors d'interventions chirurgicales nécessitant une anesthésie.

Enfin, la mise au point d'un modèle murin fiable reproduisant les principales caractéristiques de la maladie constitue une étape essentielle pour tester et valider de nouvelles stratégies thérapeutiques, qui pourront ensuite être transposées chez les patients atteints de la maladie liée à STAC3 dans le cadre d'essais cliniques.

Contexte scientifique large : La protéine adaptatrice STAC3 est essentielle pour le couplage excitation-contraction des muscles squelettiques et établit deux interactions distinctes avec le senseur de voltage du couplage CaV1.1. Une mutation faux-sens dans STAC3, W284S, perturbe l'une des interactions avec CaV1.1 et provoque la maladie liée à STAC3 (OMIM # 255995). Cette myopathie congénitale autosomique récessive rare, pour laquelle aucun remède ni traitement n'est disponible, se caractérise par une faiblesse musculaire sévère et une susceptibilité à l'hyperthermie maligne.
Hypothèses et objectifs : Les patients affectés portent deux copies de STAC3 muté, alors que chez les individus hétérozygotes, la présence d'une copie fonctionnelle anticipe le développement de symptômes. Nous émettons donc l'hypothèse que l'introduction d'une copie fonctionnelle de STAC3 pour complémenter la mutation génétique associée à la maladie atténuera les symptômes associés. De plus, nous émettons l'hypothèse que l'étude des mécanismes moléculaires conduisant à l’hyperthermie maligne dans la maladie liée à STAC3 améliorera à la fois notre compréhension de la physiopathologie sous-jacente et de la fonction normale de STAC3.
Approche : Premièrement, nous tenterons une thérapie génique avec deux constructions STAC3 dans deux modèles murins de maladie liée à STAC3 : un Stac3 cKO déjà disponible et un nouveau Stac3W280S cKI. Deuxièmement, nous étudierons les bases moléculaires de l’hyperthermie maligne dans les fibres cKI Stac3W280S et les myotubes reconstitués double KO Stac3/CaV1.1.
Originalité et innovation : Aucun remède ni traitement n'est disponible pour la maladie liée à STAC3. L'établissement d'un modèle murin de cette maladie permettra la validation de la thérapie génique in vivo, une étape cruciale pour la mise en place d’essais cliniques dans l’avenir. De plus, l'étude de STAC3 aidera à élucider les facteurs génétiques et moléculaires contribuant à l'hyperthermie maligne et le rôle de STAC3 dans le couplage excitation-contraction du muscle squelettique. Enfin, la combinaison nos expertises en culture cellulaire (Autriche) et modèles animaux (France) nous permettra de corréler les mécanismes cellulaires avec la réponse dans l’organisme, offrant ainsi une vue plus complète de la maladie liée à STAC3 et la physiopathologie de l’hyperthermie maligne.
Principaux chercheurs impliqués : Autriche : les travaux proposés seront réalisés par la postulante (M. Campiglio), un postdoc et un ingénieur. France : Les travaux proposés seront réalisés par les postulants (J. Laporte et J. Böhm), un postdoc et un ingénieur à temps partiel (50%).