Novel heterozygous STAT3 mutations clarify the molecular basis of the hyper IgE syndrome

par Joëlle Khourieh

Thèse de doctorat en Immunologie

Sous la direction de Jean-Laurent Casanova.

Soutenue le 28-11-2018

à Sorbonne Paris Cité , dans le cadre de École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....) , en partenariat avec Université Paris Descartes (1970-2019) (établissement de préparation) .

  • Titre traduit

    Identification et caractérisation de nouvelles mutations hétérozygotes perte de fonction du gène STAT3 permettant une clarification des bases moléculaires du syndrome HyperIgE autosomique dominant


  • Résumé

    À ce jour, STAT3 est le seul gène pour lequel des mutations dans les régions codantes sont à l'origine du syndrome hyper-immunoglobuline E autosomique dominant (AD-HIES). Cependant, l'étiologie génétique de 5% des individus répondant aux critères cliniques pour l'AD-HIES reste inconnue. En combinant le séquençage de l'exome entier et l'analyse de liaison génétique, nous avons identifié la première mutation hétérozygote STAT3 intronique, c.1282-89C>T, causant l'AD-HIES chez sept patients de la même famille. Cette mutation crée un nouvel exon au niveau de l'ADNc de STAT3 (D427ins17). Nous avons également identifié deux nouvelles mutations STAT3 non-sens; c.1552C>T conduisant à une protéine tronquée avec un codon stop dans le domaine de liaison de STAT3 (R518*) chez un patient souffrant de l'AD-HIES, et c.2091delT conduisant à une protéine tronquée avec un codon stop entraînant un décalage du cadre de lecture dans le domaine de transactivation de STAT3 (D698Tfs*9) chez deux apparentés atteints de la tuberculose. Dans un système de surexpression, les trois protéines STAT3 mutantes sont perte de fonction en terme de phosphorylation de la tyrosine, de liaison à l'ADN et d'activité transcriptionnelle. Dans les lymphocytes B des patients, les deux allèles non-sens ne sont pas exprimés alors que nous avons trouvé par spectrométrie de masse que l'allèle D427ins17 ne représente que 5 à 20% du STAT3 total dans les cellules du patient. L'activation des leucocytes du patient a démontré une faible réponse aux cytokines STAT3-dépendantes, comme d'autres patients avec l'AD-HIES. Dans un système de surexpression, nous avons montré que les allèles D427ins17 et D698Tfs*9 sont également dominants-négatifs, alors que l'allèle R518* est neutre. Ce travail démontre l'importance du séquençage des introns dans l'établissement du diagnostic génétique pour l'AD-HIES. De plus, l'étude de l'allèle D427ins17 suggère que les mutations provoquant l'AD-HIES peuvent exercer un effet dominant-négatif même lorsqu'elles sont exprimées à des niveaux significativement inférieurs à ceux de la protéine de type sauvage. En revanche, l'étude de l'allèle R518* suggère l'haploinsuffisance comme étant un autre mécanisme susceptible d'entraîner l'AD-HIES; cependant, l'identification et la caractérisation d'un plus grand nombre de mutations non-sens sont nécessaires avant de pouvoir tirer des conclusions définitives.


  • Résumé

    To date STAT3 is the only gene in which variants in coding regions are known to cause Autosomal Dominant Hyper-Immunoglobulin E Syndrome (AD-HIES). Yet, the genetic etiology of 5% of individuals meeting the clinical criteria for AD-HIES remains unknown. Combining whole exome sequencing and genetic linkage analysis, we identified the first deep intronic heterozygous STAT3 mutation, c.1282-89C>T, causing AD-HIES in seven relatives. This mutation creates a new exon in the STAT3 cDNA (D427ins17). We also identified two novel nonsense STAT3 mutation; c.1552C>T leading to a truncated protein with a stop codon in the STAT3 linker domain (R518*) in a patient with AD-HIES, and c.2091delT leading to a truncated protein with a stop codon with a frameshift in STAT3 transactivation domain (D698Tfs*9) in two relatives with tuberculosis. Upon over-expression, the three mutant STAT3 proteins are loss of function in terms of tyrosine phosphorylation, DNA-binding, and transcriptional activity. In patient's B cells, R518* and D698Tfs*9 alleles are not expressed whereas we found by mass spectrometry that the D427ins17 allele only represents 5 to 20% of total STAT3 in the patient's cells. Activation of patient's leucocytes demonstrated a poor respond to STAT3-dependent cytokines, like other patients with AD-HIES. Upon overexpression, we show that D427ins17 and D698Tfs*9 are equally dominant-negative alleles, whereas R518* allele is neutral. This work emphasis the importance of intron sequencing in the establishment of genetic diagnostics in AD-HIES. Moreover, the study of the D427ins17 allele suggests that AD-HIES-causing mutations can exert their negative-dominance even when expressed at significantly lower levels than the wild-type protein. On the other hand, the study of R518* allele shed the light on haploinsufficiency as another possible mechanism causing AD-HIES; however, the identification and characterization of more nonsense mutations is necessary before drawing any firm conclusions.

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