Mécanismes physiopathologiques des malformations du ceortex cérébral associées à des mutations dans les gènes de tubuline TUBA1A et TUBB2B

par Xavier Jaglin

Thèse de doctorat en Génétique et Neurodéveloppement

Sous la direction de Jamel Chelly et de Fiona Francis.

Soutenue en 2010

à Paris 7 .

mots clés

• Lissencéphalie -- génétique
• Différenciation cellulaire
• Tubuline
• Microtubules
• Cortex cérébral -- génétique

Résumé

Ce travail a récemment contribué à la description d'un nouveau syndrome associé à des mutations dans le gène TUBB2B, codant une sous-unité de p-tubuline, confirmant l'importance des microtubules dans le développement du cerveau, récemment suggérée par l'implication du gène TUBA1A dans certaines formes de lissencéphalie. Ces pathologies sont causées par des anomalies de la migration neuronale et sont toutes deux caractérisées par une désorganisation du cortex, avec des neurones hétérotopiques, et des circonvolutions cérébrales anormales, Par des approches biochimiques et cellulaires, nous avons étudié les conséquences moléculaires des mutations des gènes TUBA1A et TUBB2B et nous avons montré que des perturbations à la fois du repliement et de l’hétérodimérisation des sous unités de tubuline et peuvent être à l'origine d'un mécanisme d'haploinsuffisance. Des investigations cellulaires ont révélé que les mutations peuvent être associées à un ralentissement de la croissance des microtubules voire à une absence d'incorporation dans les microtubules. Par une approche d'ARN interférence in utero, nous avons confirmé l'implication de la perte de fonction de laTubuline 2B dans la migration neuronale pendant le développement embryonnaire. Nos résultats font le lien entre les défauts moléculaires et le développement anormal du cortex, en suggérant que la diversité des tubulines pourrait être cruciale pour la modulation de la dynamique des microtubules et la régulation fine de la polarisation, la migration et la differenciation neuronale.

Titre traduit

Pathophysîological mechanisms of malformations of the cerebral cortex associated with mutations in the tubulin genes TUBA1A and TUBB2B

Résumé

Our work recently contributed to the description of a new syndrome associated with mutations in the ß-tubulin encoding gene TUBB2B, further strengthening the evidence that microtubules are crucial for a proper brain development given by the previous description of TUBA1A -related lissencephaly. These conditions are caused by abnormal neuronal migration and differentiation, and are both characterized by a disorganized cortical lamination, with the presence of heterotopic neurons, and different patterns of cortical surface folds abnormalities. Using cellular and biochemical approaches, we showed that the presence of mutations in both TUBA1A and TUBB2B genes can disrupt both folding an heterodimerization of tubulin subunits further leading to haploinsufficiency. Cellular investigation provided evidences that mutations can drastically impair mutant heterodimers incorporation int microtubules, or decrease the growth rate of microtubules. Using an in utero RNA interference approach to mimic the loss of function of the protein and to test the neuronal radial migration, we confirmed the implication of TUBB2B in this process and the happloinsuffiency mechanism. Our results bridge the gap between the molecular defects and the defective development of the cortex by suggesting that the diversity of tubulin isotypes might be crucial for the modulation of microtubules dynamics and regulation of neuronal polarization, migration and differentiation.