DS0404 - Innovation biomédicale

Etude de familles multiplex de lupus pour l'identification de nouveaux gènes à fort impact phénotypique : de la découvertes des gènes à leurs fonctions – Lumugene

lumugene

Lupus multiplex families in the identification of new gene defects with strong <br />phenotypic effects: from gene discovery to protein function

the overall objective of this proposal extends from gene discovery to protein function through to the development of animal models

Systemic Lupus erythematous (SLE) is generally considered as a multifactorial disease, and genome wide association studies (GWAS) have identified more than 30 convincing disease-associated loci. Although these GWAS have greatly added to our understanding of lupus pathogenesis, the identified genetic variants have so far proven to be of limited clinical utility, because almost all have odds ratios of less than 1.5. Familial forms of lupus also occur, and can be syndromic e.g. due to complement deficiencies leading to lupus in association with a predisposition to infections, and ACP5 mutations causing SLE and a skeletal dysplasia. Additionally, non-syndromic forms of the disease are increasingly being recognized e.g. most recently due to mutations in DNase1L3 and PRKCD. <br />As one approach to improving our understanding of why some people develop lupus, we are interested in the identification of new genes in families with highly penetrant forms of SLE. Here, we propose a network of four translational research laboratories able to proceed from the identification of genes in SLE families by high-throughput sequencing (whole-exome sequencing), through to the interrogation of the affected biological pathways - using functional and in-depth phenotypic analyses in patients and family members, combined with functional genomics in mice. <br />This project is divided in 4 main goals: <br />WP1: Genetic analyses <br />WP2: Phenotypic and functional analyses <br />WP3: Molecular and biochemical analyses <br />WP4: Cellular and animal models

this project is based on an ongoing collaboration between all four partners, and an already existing cohort of patients (40 familial cases and 30 sporadic ones) presenting with early-onset lupus. This cohort will be constantly added to throughout the project duration with additional patients followed or newly diagnosed at the clinical departments in Paris, Lyon and Strasbourg.

Prior to phenotypic and functional analyses, a stratification of patients with regards to disease activity and treatment status will be undertaken. Patients need to fulfill the ACR criteria for a diagnosis of SLE. The SLE Disease Activity index (SLEDAI) will be assessed for each patient at the time of blood sampling. Clinical status, autoantibody values and inflammatory markers will be recorded on an e-form at the time of inclusion. Medical history will be detailed and may be helpful to in patient stratification as follows:
- neurological involvement, cerebral calcifications, chilblain lupus, evocative of an interferonopathy.
- lymphoproliferative disease, early onset SLE, evocative for apoptosis deficiency (such as PKC-d deficiency).
- recurrent infections, evocative of an associated immunodeficiency (complement deficiencies, chronic granulomatous disease).
Patients at diagnosis (20 new patients or families expected / year)
Patients followed under treatment and in remission
Patients followed under treatment with active disease

The flowchart presenting overall strategy of this proposal is presented in the attached illustration

Preliminary results obtained from an initial whole exome sequencing approach of multiplex families led to the identification of a gain of function mutation of the TMEM173 gene. In one of these multiplex families, comprising 3 members affected with a complex systemic inflammatory syndrome associated with pulmonary fibrosis, vasculitis, arthritis, and autoimmunity, with variable clinical expression, a heterozygous mutation (c.463G>A, resulting in V155M substitution) was identified in TMEM173/STING gene, encoding STING, an adaptor protein, which activates the type I IFN pathway upon stimulation by cyclic dinucleotides such as the cGAMP, and leading to the development of an interferonopathy (Jeremiah et al J.Clin.Invest dec 2014).

generation of STING gain of function mouse model

study of a new role of STING in human lymphocyte proliferation

Analysis of the functional consequences of a mutation affecting the ER stress pathway

generation of the corresponding mouse model

Inherited STING-activating mutation underlies a familial inflammatory syndrome with lupus-like manifestations.

Jeremiah N, Neven B, Gentili M, Callebaut I, Maschalidi S, Stolzenberg MC, Goudin N, Frémond ML, Nitschke P, Molina TJ, Blanche S,

Le lupus érythémateux disséminé (LED) est une maladie auto-immune sévère et rare (moins de 1 sur 2000) caractérisée par la présence d’auto-anticorps anti-nucléaires et par une forte hétérogénéité clinique et probablement génétique. Elle est actuellement traitée par des immunosuppresseurs non spécifiques, avec des effets secondaires importants, rendant très urgente la découverte de thérapeutiques ciblées. Le caractère familial de la maladie et l’augmentation du taux de concordance de la maladie chez les jumeaux monozygotes (20-40%), en comparaison aux jumeaux dizygotes ou à une fratrie non gémellaire (2-5%) suggère une forte composante génétique dans la physiopathologie du LED. Le LED est généralement considéré comme une maladie multigénique, et les études d’association sur génome entier (GWAS) ont identifié plus de 30 loci de susceptibilité. Bien que les GWAS aient beaucoup apporté à la compréhension du LED, les variants identifiés se montrent d’une utilité clinique faible, car la plupart présentent un odds ratio inférieur à 1,5. Des formes familiales de lupus existent, et peuvent se présenter sous la forme de syndromes (par exemple les déficits en complément conduisant au développement d’un LED associé à une prédisposition aux infections, ou encore les mutations d’ACP5 causant un LED associé à une dysplasie osseuse). De plus, des formes non syndromiques, par exemple dues à des mutations dans DNASE1L3 ou encore PRKCD, ont été récemment décrites. Afin de mieux comprendre pourquoi certains individus développent un LED, nous proposons d’identifier de nouveaux gènes candidats dans des familles multiplex présentant un LED avec une forte pénétrance. Ainsi, nous proposons ici un consortium de 4 laboratoires de recherche translationnelle capables de procéder à l’identification de nouveaux gènes candidats dans des familles multiplex par séquençage haut-débit (séquençage d’exome entier), et la description des voies biologiques affectées par les variants décrits, grâce à une analyse fonctionnelle et phénotypique fine chez les patients et des membres sains de chaque famille, combiné à des études de génomique fonctionnelle chez la souris (développement de modèles transgéniques). Nous avons récemment identifié des mutations de ACP5, PRKCD and IFIH1 dans des formes mendéliennes de LED, ce qui démontre la faisabilité de cette approche. Nous avons d’ores et déjà obtenu des résultats encourageants dans trois familles avec la description de trois nouveaux gènes candidats intéressants, dont la fonction semble liée à la tolérance et à l’auto-immunité.
L’étude de formes de LED à haute pénétrance permettra non seulement d’apporter des éléments nouveaux à la compréhension du LED chez certains patients, mais aussi de définir de nouveaux concepts moléculaires impliqués dans la tolérance immunitaire et ses dysfonctions. Ainsi, nous pouvons espérer qu’une meilleure compréhension de la physiopathologie du LED puisse conduire à la découverte de meilleurs traitements pour cette maladie dévastatrice (« médecine translationnelle »). De plus, l’hétérogénéité du LED va inexorablement conduire au développement de traitements adaptés à chaque patient (« médecine personnalisée »). Grâce à l’utilisation combinée de technologies très innovantes et performantes (en particulier le séquençage d’exome entier et l’analyse de transcriptome à grande échelle, associés à des techniques fines d’immuno-phénotypage et à la production de modèles animaux transgéniques conditionnels de type Knock-In/Knock-Out), notre stratégie vise à identifier de nouvelles voies biologiques impliquées dans le LED, en allant de l’identification du gène candidat jusqu’à la dissection de sa fonction chez l’Homme et chez la souris. Les partenaires de ce consortium présentent une forte expertise en immuno-rhumatologie, en immuno-génétique et en immunologie dans le domaine de l’auto-immunité. Ce consortium dispose donc de tous les atouts pour la réussite de ce projet.

Coordinateur du projet

Monsieur Frédéric Rieux-Laucat (INSERM PARIS 5 U1163)

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.

Partenaire

CIRI INSERM U1111
INSERM U1163 INSERM PARIS 5 U1163
CNRS UPR 3572 Equipe "Tolérance B lymphocytaire et autoimmunité"
Inserm U1163 INSERM PARIS 5 U1163

Aide de l'ANR 499 910 euros
Début et durée du projet scientifique : septembre 2014 - 48 Mois

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