Etude génétique des épilepsies humaines : de la recherche de loci à la caractérisation de gènes-candidats

par Sandrine Pereira

Thèse de doctorat en Biologie des eucaryotes. Génétique médicale

Sous la direction de Pierre Cau et de Pierre Szepetowski.


  • Résumé

    Les épilepsies représentent une des maladies neurologiques les plus fréquentes. Dans environ 40 % des cas, une composante génétique est retrouvée. Seuls de rares syndromes sont transmis selon un mode mendélien, facilitant l’identification des gènes en cause. Certaines épilepsies sont causées par des anomalies de gènes codant pour des canaux ioniques voltage- ou ligand-dépendants et font partie de la famille des canalopathies. Au cours de mon travail de thèse, la recherche de gènes candidats a permis d’identifier de nouvelles mutations responsables de certaines formes d’épilepsies familiales entrant dans le cadre des canalopathies. D’autres épilepsies sont causées par la mutation de gènes ne codant pas pour un canal ionique. L’étude d’une grande famille d’origine tchèque a conduit à l’identification d’une nouvelle mutation non-sens du gène KCNQ2, codant pour une sous-unité du canal potassium voltage-dépendant qui génère le courant de type M. Cette mutation entraîne la perte de la quasi totalité du domaine C-terminal de la protéine dont le rôle est essentiel pour la fonction et la régulation de ce canal. Certaines épilepsies peuvent être liées à la présence de remaniements chromosomiques ou de délétions. La caractérisation d’une délétion du chromosome 2q chez une patiente présentant une épilepsie sévère, un retard mental et des dysmorphies a permis de mettre en évidence la perte d’une région d’au moins 2,9 kb contenant les gènes SCN1A et SCN2A qui codent pour des sous-unités de canaux sodium voltage-dépendants. Nous avons réalisé une étude de liaison génétique chez une famille française atteinte du syndrome GEFS+ (Generalized Epilepsy and Febrile convulsions Syndrome). Ces travaux ont permis d’exclure, chez cette famille, les gènes déjà décrits comme étant responsables de ce syndrome (SCN1A,SCN2A et GABRA2). Deux projets portant sur l’étude de syndromes épileptiques nous ont amenés à étudier plus particulièrement trois gènes. Tout d’abord, j’ai participé à l’étude d’une grande famille strasbourgeoise dans laquelle co-ségrègent une épilepsie rolandique et un trouble du langage. Un gène a été localisé en Xq21-q22. Une mutation pathogène responsable de ce nouveau syndrome dominant lié à l’X a été identifiée dans le gène SRPX2. Ce gène ne code pas pour un canal ionique mais pour une protéine sécrétée de 465 acides aminés. Cette mutation identifiée, de type faux-sens (A1398G), crée un site de N-glycosylation. Une deuxième mutation a été découverte dans une famille australienne dont certains membres présentent une épilepsie rolandique, un retard mental et une polymicrogyrie. Ensuite au cours de la recherche du gène responsable du syndrome ICCA (Infantile Convulsions and ChoreoAthetosis), deux nouveaux gènes codant l’un pour un transporteur sodium/glucose, hKST1, et l’autre pour une nouvelle syntaxine humaine, STX1B2, ont été caractérisés. Ces études ont abouti non seulement à l’exclusion de ces gènes dans le syndrome ICCA mais aussi à l’étude plus approfondie de la syntaxine 1B2. Le gène STX1B2 code pour deux isoformes protéiques, l’une avec (STX1B2-TM) et l’autre sans domaine transmembranaire (STX1B2-TMD). La plupart des syntaxines sont insérées dans les membranes par un domaine transmembranaire (TMD) C-terminal. STX1B2-TMD est retrouvée exclusivement dans le nucléoplasme des neurones du cortex cérébral humain adulte et dans celui de divers types de cellules en culture : elle n’est pas localisée dans le nucléole, ni dans l’enveloppe nucléaire. Ceci constitue la première localisation nucléoplasmique d’une syntaxine. L’importation nucléaire de STX1B2-TMD dépend de la protéine Ran et son extrémité C-terminale riche en glycines (VSGAGGLGVGGGAQG) agit comme un NLS «non classique». Dans des cellules en interphase, STX1B2-TMD est colocalisée avec NuMA et avec les lamines A/C dans la lamina et la matrice nucléaire. Dans des cellules en division, STX1B2-TMD est colocalisée avec NuMA au niveau des centrosomes. L’isoforme de STX1B2 sans TMD présente donc un ensemble de caractéristiques originales qui sont autant d’arguments en faveur d’une fonction nouvelle pour cette protéine.


  • Résumé

    Epilepsy represents one of the most common neurological diseases. In approximately 40% of the cases, a significant genetic component is found. However most of these idiopathic epilepsies display a complex transmission. Only few syndromes are transmitted with a mendelian mode, facilitating the identification of disease-responsible genes. Some idiopathic epilepsies, related to defects of genes encoding ionic voltage- or ligand-gated channels, are thus being considered as channelopathies. Nevertheless, many other types of genes which may be less « evident », and also probably more frequent, remain to be identified. For exemple, two genes, LGI1 and EFHC1, have recently been implicated in epileptic idiopathic syndromes. The study of a large Czech family led to the identification of a new nonsense mutation of KCNQ2 gene, encoding a voltage-gated K+ channel subunit, involved in the generation of M-current. This mutation led to a putative protein that lacked nearly all its cytoplasmic carboxyl terminus part, which plays a critical role for the accurate expression of the functional K+ channels. Our study confirms that KCNQ2 is a major gene involved in BNFC. In some cases epilepsies can be due to chromosomal deletions. We characterize a 2q deletion on a patient with severe epilepsy, retardation and dysmorphic features. The deletion spans a minimal size of 2,9 kb including SCN1A and SCN2A. Another study was a genetic linkage study in a large multigenerational family with GEFS+ in France. We excluded the candidate genes (SCN1A, SCN2A et GABRA2) and loci for febrile seizures and GEFS+. Two studies of epileptic syndromes led us to identify and characterize three new genes. We study a large family from Strasbourg, displaying a rolandic epilepsy associated with a language impairment, and oral and speech dyspraxia. Linkage on chromosome Xq21-q22 was obtained and the causal mutation for this new X-linked dominant syndrome (RESDX) was identified in SRPX2 gene. This gene does not encodes an ionic channel, but a secreted protein (465 amino acids), containing one HYR and three sushi domains. The identified missense mutation (A1398G) creates an extra N-glycosylation site, strongly suggesting a functional consequence. A second mutation was found in a Australian family in wich several members displayed a rolandic epilepsy, mental retardation and a polymicrogyria. Moreover, In the course of the in silico search for candidate genes within the ICCA critical genomic region, we have identified and characterized two human genes, that we named hKST1, encoding a Na+/Glucose cotransporter, and STX1B2, encoding a new human syntaxin. The syntaxins represent a group of proteins that are required for traffic between various intracellular membrane compartments. They are major participants in a large variety of physiological processes where membrane fusion occurs, including exocytosis. Additional functional diversity of the syntaxins might be sustained by alternative splicing. We have identified a human syntaxin gene, STX1B2, encoding two protein isoforms, one of which (STX1B2-TMD) lacks the classical C-terminal transmembrane domain. By contrast with the plasma membrane localization of the classical STX1B2-TM isoform, STX1B2-TMD localized to the nucleoplasm of various cell types in vitro and in vivo. Nuclear import of STX1B2-TMD protein occurred via a Ran-dependent pathway and a specific, glycine-rich, C-terminus of 15 amino acids (VSGAGGLGVGGGAQG) used as an unconventional nuclear localization signal. STX1B2-TMD co-localized with the nuclear matrix protein NuMA to the pericentrosomal region of the mitotic spindle and co-localized in interphasic nuclei with NuMA and lamin A/C. We thus report for the first time the nuclear localization of a member of the syntaxin family of proteins and its co-localization with nuclear matrix proteins raises new and exciting insights into its possible function in human cells.

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  • Détails : 1 vol. (224 p.)
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