Contribution à trois aspects de la génétique mitochondriale humaine : étude de transmission de l'ADN mitochondrial lors de fécondations in vitro - caractérisation de mutations de l'ADN mitochondrial dans les maladies mitochondriales et le vieillissement musculaire

Contribution to three aspects of human mitochondrial genetics : studying the transmission of mitochondrial DNA in in vitro fertilizations - characterizing mitochondrial DNA mutations in mitochondrial diseases and ageing muscle

• Auteur / Autrice : Damien Sternberg
• Direction : Serge Amselem, Anne Lombès
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie et biologie moléculaire
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Paris 12

Mots clés

Mots clés contrôlés

ARN de transfert

Mutation (biologie)

Muscles

Mitochondriopathies

ADN mitochondrial

Fécondation in vitro

Résumé

L'ensemble de notre travail concerne trois aspects de la recherche en génétique mitochondriale humaine. Notre premier axe d'étude a été la transmission de l'ADN mitochondrial des parents aux enfants conçus par injection intracytoplasmique de spermatozoi͏̈de (ICSI). Si les risques de transmission de défauts de l'ADN nucléaire paternel sont reconnus depuis les débuts de cette technique de procréation médicalement assistée, aucune étude n'avait recherché à l'aide de techniques hautement sensibles chez les enfants conçus par ICSI la présence de molécules d'ADN mitochondrial d'origine paternelle. Nous avons montré qu'il n'existait pas, dans le sang circulant des enfants étudiés, d'ADN mitochondrial paternel détectable par les techniques utilisées. Notre deuxième axe d'étude avisé à préciser la responsabilité d'une classe de gènes de l'ADN mitochondrial, les gènes d'ARN de transfert, dans certaines maladies mitochondriales. Nous avons mis au point un outil d'analyse de l'ADN mitochondrial permettant d'analyser rapidement la séquence des 22 gènes d'ARN de transfert à la recherche de mutations de ces gènes. Appliqué à l'investigation d'une vaste cohorte de patients, cet outil a permis de détecter de très nombreuses variations de séquence, certaines déjà connues pour être pathogènes ou au contraire anodines, d'autres nouvelles et suspectes d'être pathogènes. Un travail complémentaire d'analyse des données et de validation des mutations a été nécessaire à l'interprétation des résultats. Il a également permis de mieux définir les indications d'une telle recherche. En troisième lieu, nous nous sommes intéressés à la part que pouvaient avoir les lésions de l'ADN mitochondrial dans la physiopathologie du vieillissement musculaire, et plus particulièrement dans la genèse des fibres négatives pour l'activité cytochrome oxidase. Nous avons recherché des mutations de l'ADN mitochondrial dans ces fibres, et avons pu montrer que, dans un certains nombre d'entre elles, une expansion clonale de molécules d'ADN mitochondrial porteuses de mutations ponctuelles des gènes d'ARN de transfert était responsable du déficit enzymatique.

Mitochondrial genetics is important to consider when dealing with infertility, mitochondrial diseases or ageing. Our work contributes to the clarification of the role and behaviour of mitochondrial DNA (mtDNA) in those three circumstances. First, we studied mtDNA inheritance in children born after a particular in vitro fertilisation technique, i. E. Intracytoplasmic injection of spermatozoon (ICSI). Although the risk of transmission of a paternal infertility-linked nuclear defect by this technique is well known, the possible transmission of the patemal mtDNA had never been addressed by means of highly sensitive detection assays. By using different sensitive techniques, we showed that there was no detectable paternally inherited mtDNA in the peripheral blood of the 27 children who were studied. Second, we aimed at determining the contribution of mtDNA tranfer RNA (tRNA) gene defects to the pathogenesis ofmitochondrial disorders. We set up an exhaustive scanning method to screen ah tRNA genes for mutations, and applied it to a large number of selected patients with mitochondrial disorders. We found numerous sequence variations of those genes, some of them already known to be pathogenic or polymorphie, others being questionable from a functional point of view. We performed an evaluation of each questionable sequence variation by all possible means, and were able to assign a precise significance to most of them. In retrospect, we tried to delineate the best indications for the screening ofmtDNA tRNA genes. Third, we wanted to determine the contribution of mtDNA mutations to the ageing process of human muscle, at a single fibre level. We looked for large-scale rearrangements and tRNA gene point mutations in a large number of fibres defective in cytochrome c oxidase (COX- fibres) activity and an equal number of normal fibres (COX+ fibres) from normal biopsy samples taken from ageing subjects. We detected large scale rearrangements in several fibres. Most interestingly, we detected, characterised and quantified tRNA gene point mutations in several COX- fibres, such mutations being absent from COX+ fibres. We showed that clonally expanded point mutations contribute toageing process in muscle, by a segmental alteration of the respiratory chain activity.