Identification and characterization of novel molecular causes of primary immunodeficiency : RELA mutations are associated to common variable immunodeficiency and systemic lupus erythematosus

par Hicham Lamrini

Thèse de doctorat en Hématologie

Sous la direction de Marina Cavazzana-Calvo.

Soutenue le 25-06-2018

à Sorbonne Paris Cité , dans le cadre de École doctorale Hématologie, oncogenèse et biothérapies (Paris) , en partenariat avec Université Paris Descartes (1970-2019) (établissement de préparation) et de Imagine - Institut des maladies génétiques / IMAGINE - U1163 (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Identification et description de nouvelles causes génétiques et moléculaires responsables des immunodéficiences primaires : mutations de RELA sont associés au déficit immunitaire commun variable et au lupus érythémateux disséminé


  • Résumé

    Au-delà du bénéfice clinique du diagnostic, l'étude des patients atteints de déficits immunitaires héréditaires a aussi largement contribué à la compréhension des mécanismes moléculaires complexes impliqués dans la réponse adaptative humaine contre les pathogènes. Cependant, un grand nombre d’immunodéficiences primaires n’a pas encore été génétiquement défini, en particulier le déficit immunitaire commun variable (ou CVID en anglais). Au cours de ma thèse, j'ai cherché à identifier et caractériser de nouvelles causes moléculaires aux immunodéficiences primaires en me basant sur des mutants naturels humains comme modèle de recherche. Par séquençage entier de l'ADN de patients présentant une forme pédiatrique ou familiale de lupus érythémateux disséminé (ou SLE en anglais) et CVID, nous avons identifié trois variations hétérozygotes distinctes prédites comme délétères chez un patient atteint de CVID (RELAWT/Y306X), un patient pédiatrique SLE (RELAWT/R329X) et les patients atteints de SLE (RELAWT/H86N). Afin de comprendre comment les mutations identifiées peuvent affecter le rôle de RELA dans la voie NF-kB, nous avons confirmé que les deux mutations non-sens de RELA entraînent l'expression de formes tronquées de la protéine, tandis que la mutation faux-sens menait à l'expression de formes mutées de la protéine. Par immunoblot des protéines nucléaires et par immunofluorescence cellulaire, nous avons démontré que les deux formes tronquées de RELA peuvent entrer dans le noyau. Ensuite, en utilisant un oligonucléotide consensus NF-κB marqué, nous avons démontré que les deux formes tronquées de RELA étaient capables de se lier à l'ADN. Les trois protéines RELA mutées, lorsqu'elles étaient exprimées de manière ectopique, présentaient une altération de l'activité transcriptionnelle. Enfin, nous avons montré par co-immunoprécipitation que les trois protéines RELA mutées exprimées de manière ectopique sont capables d'interagir avec ses partenaires protéiques et de former des homodimères. En conclusion, nos résultats indiquent que des mutations affectant le facteur de transcription RELA peuvent être associées à des CVID ou des SLE. Étant donnés les cas précédents décrivant des haploinsuffisances de RELA liées à un syndrome lymphoprolifératif avec auto-immunité associé à une cytopénie auto-immune ainsi qu’aux ulcérations cutanéo-muqueuses TNF-dépendantes associées à des inflammations intestinales, notre travail élargit le spectre des maladies et des phénotypes cliniques liés à un dysfonctionnement de la protéine RELA et suggère que différentes mutations du gène RELA entraînent diverses conséquences fonctionnelles.


  • Résumé

    Beyond the clinical benefit for diagnosis, the study of patients with primary immunodeficiency (PID) has also largely contributed to the deciphering of the complex molecular mechanisms involved in the human adaptive response against pathogens. Still, a large number of PIDs, especially common variable immunodeficiency (CVID), are genetically not defined. During my thesis, I aimed to identify and characterize novel molecular causes of PIDs based on human natural mutants as a research model (1). By whole-exome sequencing of DNA from patients presenting either with pediatric or familial form of CVID and Systemic Lupus Erythematosus (SLE), we identified three distinct heterozygous single nucleotide variations predicted deleterious in a CVID patient (RELAY306X), a pediatric SLE patient (RELAR329X) and familial SLE patients (RELAH86N). To better understand how the identified mutations may impact the role of RELA in the NF-kB pathway, we confirmed that the two nonsense RELA mutations led to the expression of truncated forms of the protein, while the missense mutation led to the expression of mutated forms of the protein. By immunoblotting of nuclear protein extracts and cellular immunofluorescence, we demonstrated that the two truncated forms of RELA can translocate into the nucleus. Then, using a labeled NF-κB consensus oligonucleotide, we demonstrated that the two truncated forms of RELA were able to bind to DNA. All three mutated RELA proteins, when expressed ectopically, had an impaired transcriptional activity. Finally, we showed by immunoprecipitation that all three ectopically expressed mutated RELA proteins are able to interact with protein partners and form homodimers. As a whole, our results indicate that mutations affecting the transcription factor RELA can be associated with CVID or SLE. Given the previous cases associating RELA haploinsufficiency to autoimmune lymphoproliferative syndrome with autoimmune cytopenia and to TNF-dependent mucocutaneous ulceration and inflammatory intestinal disease, our work widens the spectrum of disease and clinical phenotypes associated with RELA dysfunction and suggests that different RELA mutations lead to different functional consequences.

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