Characterization of emerin LEM-domain missense mutations present in patients with exclusive atrial cardiac defects

par Nada Essawy

Thèse de doctorat en Biochimie

Sous la direction de Catherine Coirault et de Simone Spuler.

Soutenue le 19-10-2018

à Sorbonne université en cotutelle avec Freie Universität (Berlin) , dans le cadre de École doctorale Complexité du vivant (Paris) , en partenariat avec Centre de Recherche en Myologie (Paris) (laboratoire) .

Le président du jury était Onnik Agbulut.

Le jury était composé de Sigmar Stricker, Maria Reichenbach, Katherine L. Wilson.

Les rapporteurs étaient Vincent Gache, François Lallemand.

  • Titre traduit

    Caractérisation des mutations du domaine LEM de l'émérine présentes chez les patients avec uniquement des anomalies cardiaques auriculaires


  • Résumé

    La dystrophie musculaire d’Emery-Dreifuss (DMED) est l'une des dystrophies musculaires génétiques humaines les plus répandues. L'implication cardiaque dans la maladie est le symptôme qui met le plus la vie en danger et la principale cause de mortalité. La majorité des cas de son type liée à l’X sont dus à des mutations dans un gène codant pour une protéine de l'enveloppe nucléaire, l'émérine. Malgré les progrès considérables qui ont été réalisés en termes de caractérisation de la structure de l'émerine, ses différents partenaires de liaison, et ses fonctions dans le corps humain, le tableau est encore assez incomplet. Cinquante ans après que la DMED ait été documentée pour la première fois, les chercheurs n'ont toujours pas compris la pathophysiologie de la maladie. Il n'est donc pas surprenant qu'à ce jour, il n'existe pas de traitement décrit pour la DMED. Cette thèse est une première tentative pour caractériser trois mutations faux-sens du domaine LEM de l'émerine (P22L, ΔK37, et T43I) présentes chez des patients présentant uniquement des symptômes cardiaques. L'objectif principal de cette thèse est d'étudier l'effet des trois mutations sur la structure de l'émerine, son auto-assemblage, et les interactions avec certains de ses partenaires de liaison bien décrits. Le travail présenté souligne que malgré la présence des trois mutations dans la seule région repliée de l'émerine, les variants ne présentent aucun défaut global dans leur structure, à l'exception de la déstabilisation du domaine LEM du variant ΔK37. Il est important de noter que les mutants sont capables de s'auto-assembler, mais avec une cinétique de polymérisation rapide. En outre, l’étude a montré que les trois variants, bien que mutés dans le domaine de liaison à BAF, sont étonnamment capables de se lier à la protéine BAF. De plus, l'analyse ne révèle aucune différence dans les interactions des variants avec l’Ig-fold de la lamine A/C. De plus, il n'y a pas de défaut dans la phosphorylation du variant ΔK37 par la kinase Src. La caractérisation préliminaire de la mutation ΔK37 dans des fibroblastes humains immortalisés n'a pas montré de défauts manifestes en mécanobiologie et dans l'expression des protéines de l'enveloppe nucléaire ou du cytosquelette. Pris dans son ensemble, le travail présenté souligne que les trois mutations faux-sens de l’émerine ne provoquent aucun défaut dans plusieurs propriétés importantes de l'émerine, qui sont testées dans cette thèse. Sur la base des résultats de la recherche menée, nous avons acquis des connaissances considérables en ce qui concerne les conséquences des mutations d'intérêt. En d'autres termes, le travail présenté montre qu’il faut continuer les recherches sur l’émerine, afin d'explorer d'autres propriétés ou fonctions de cette protéine qui pourraient être associées à la physiopathologie de la DMED.


  • Résumé

    Emery-Dreifuss Muscular Dystrophy (EDMD) is among the most widely common human genetic muscular dystrophies. The cardiac involvement in the disease is the most life-threatening symptom and the major cause of mortality. The majority of cases of its X-linked type are due to mutations in a gene encoding for the nuclear envelope protein, emerin. Despite the considerable advances that have been achieved in terms of the characterization of emerin structure, various binding partners, and functions in the human body, the picture is still rather incomplete. Fifty years now after EDMD had been first documented, researchers still fall short of understanding the pathophysiology of the disease. Thereby, it comes as no surprise that, to date, there is no described treatment of EDMD. Accordingly, this thesis is an initial attempt to characterize three emerin LEM-domain missense mutations (P22L, ΔK37, and T43I) present in patients with exclusive cardiac defects. The main objective of this thesis is to investigate the effect of the three mutations on: emerin structure, its self-assembly, and interactions with some of its well-described binding partners. The presented work highlights that albeit the localization of the three mutations in the only folded region of emerin, the variants show no global defect in their structure, except for the destabilization of the LEM-domain of the variant ΔK37. Importantly, the mutants are able to self-assemble, yet with astonishing fast polymerization kinetics. In addition, the investigations have illustrated that the three variants, despite the presence of the mutations in the BAF-binding domain, are surprisingly capable of binding BAF. The analysis did not reveal any differences in the mutants binding to Ig-fold domain of lamin A/C. Further, there is no defect in ΔK37 phosphorylation by Src kinase. Also, preliminary characterization of the ΔK37 mutation in immortalized human fibroblasts has featured no overt defects in mechanobiology, and in the expression of nuclear envelope or cytoskeletal proteins. Taken all together, the presented work outlines that the three emerin missense mutations display no defects in several prominent emerin properties, which are questioned in this thesis. On the basis of the results of the conducted research, considerable insight has been gained with regard to the consequences of the mutations of interest. In other words, the presented work lends support to following investigations in order to explore other unquestioned properties or functions of emerin that might be associated with the pathophysiology of EDMD.


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