Mécanismes physiopathologiques responsables de certaines surdités génétiques associées aux déficits en récepteurs des hormones thyroïdiennes de type α et aux mutations du gène Opa1

Physiopathological mechanisms responsible for certain genetic deafness associated with deficits in α-type thyroid hormone receptors and mutations in the Opa1 gene

• Auteur / Autrice : Corentin Affortit
• Direction : Jing Wang
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Soutenance le 04/11/2021
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des neurosciences de Montpellier
• Jury : Président / Présidente : Jean-Luc Puel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jing Wang, Jean-Luc Puel, Brigitte Malgrange, Frédéric Flamant, Olivier Sterkers
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Brigitte Malgrange, Frédéric Flamant

Mots clés

Mots clés contrôlés

Antioncogènes

Hormones thyroïdiennes

Surdité -- Génétique

Mots clés libres

Audition

Surdité génétique

Thrα

P43

Opa1

AODplus

Hearing

Genetic deafness

Thrα

P43

Opa1

DOAplus

Résumé

Les surdités neurosensorielles d’origine génétique représentent plus de 60 % des cas de surdité chez l’enfant et plus de 80 % des surdités perlinguales. A l’heure actuelle la physiopathologie des surdités neurosensorielles d’origine génétique reste largement inconnue et il n’existe aucun traitement curateur. Avec l’identification de la plupart des gènes responsables des surdités génétiques au cours de ces dernières décennies, une meilleure compréhension des mécanismes physiopathologiques impliqués nous permettra de développer des thérapies adaptées à chaque forme génétique de surdité.Le premier objectif de cette thèse est donc d’élucider des mécanismes cellulaires et moléculaires responsables de certaines surdités associées à des déficits en récepteurs des hormones thyroïdiennes de type a. En effet, la résistance aux hormones thyroïdiennes due aux mutations THRA (RTHa) est une maladie génétique récemment découverte, présentant une variabilité importante dans sa présentation clinique. Pour étudier les conséquences des RTHa sur la fonction auditive, nous avons utilisé deux modèles murins, le premier : « ThraS1 /+ » porte une mutation faux-sens humaine dans le gène Thra générée par CRISPR/Cas9. Ce modèle reproduit fidèlement les traits les plus sévères du RTHa humain. Ici, nous avons montré que les mutations THRA affectent l'anatomie et la physiologie cochléaire dans le processus précoce de différenciation des cellules ciliées externes sensorielles et de maturation des fibres nerveuses auditives, ainsi que dans le maintien de l'audition pendant le vieillissement. Le second modèle utilisé, est quant à lui déficient pour un isoforme tronqué des THRA : « P43 » ; cet isoforme localisé dans la matrice mitochondriale intervient dans la réponse non génomique à la T3 en stimulant notamment la transcription mitochondriale et la synthèse des protéines. Ici, nous montrons que la délétion de p43 induit une grande vulnérabilité à la perte auditive liée à l'âge et au bruit, due à une altération de la morphologie et de la fonction mitochondriale associée à une augmentation du stress oxydatif, de l'inflammation et une dégénérescence progressive des cellules sensorielles, et neurales. Nos résultats fournissent la preuve que TRa est nécessaire au développement et au maintien de l'audition à l'âge adulte et suggèrent que les mutations du gène THRA chez l’homme peuvent être responsables de certaines surdités progressives ou syndromiques chez l'adulte.Le deuxième objectif de cette thèse repose sur l’étude d’une surdité génétique associée aux mutations sur le gène OPA1. L'atrophie optique dominante ou AOD est caractérisée par une dégénérescence du nerf optique héréditaire provoquée par des mutations sur le gène opa1, codant pour une dynamine GTPase mitochondriale. L'AOD a été initialement décrite comme une perte d'acuité visuelle non syndromique. Au cours de la dernière décennie, le spectre clinique de l'AOD a été étendu à une grande variété de syndromes, appelée AODplus : comprenant la surdité, l'ataxie et la neuropathie. A ce jour, les mécanismes responsables de la perte auditive dans l'AOD restent inconnus et aucun traitement curatif n'est disponible.Pour décrypter les mécanismes responsables des déficits auditifs dans l’AOD, nous avons utilisé un modèle murin porteur de la mutation récurrente humaine OPA1delTTAG, qui récapitule le syndrome AODplus. Nos résultats ont montré que les souris OPA1delTTAG présentent une perte auditive progressive due à une perte sélective des cellules ciliées internes ainsi qu'à une dégénérescence progressive des neurones auditifs. Ces résultats sont en faveur d'une neuropathie. De plus, nous avons montré que la perte auditive est associée à une altération de la fonction mitochondriale, une augmentation du stress oxydatif et des activités d'autophagie et de mitophagie. Ces résultats ouvrent des perspectives thérapeutiques intéressantes afin de restaurer la fonction d’une protéine défectueuse et l’audition.

Sensorineural hearing loss due to genetic disorders represents more than 60% of deafness in children and more than 80% of perlingual deafness. To date, the pathophysiology of sensorineural deafness of genetic origin remains largely unknown and there is no curative treatment. Over the last decades, with the identification of many genes responsible for genetic deafness, a better understanding of the genetic pathophysiological basis involved will allow us to develop therapeutic strategies adapted to each genetic form of deafness.The first objective of my thesis was to elucidate the cellular and molecular mechanisms responsible for deafness associated with deficits in a-type thyroid hormone receptors. In fact, resistance to thyroid hormones due to THRA (RTHa) mutations is a recent discovered genetic disease, exhibiting significant variability in its clinical presentation. To study the consequences of RTHa on auditory function, we used two mice models, the first: "ThraS1+/-" carrying a human missense mutation in the Thra gene generated by CRISPR / Cas9. This model faithfully reproduced the most severe traits of human RTHa. Here, we had shown that THRA mutations affect cochlear anatomy and physiology in the early process of sensory outer hair cell differentiation and auditory nerve fiber maturation, as well as the maintenance of hearing during aging.The second model used, is a mouse model with deletion of p43, which is a truncated isoform of THRA. The isoform P43 located in the mitochondrial matrix is involved in the non-genomic response to T3, in particular by stimulating mitochondrial transcription. Here, we show that the deletion of p43 induces a high vulnerability of mice to age-related and noise-related hearing loss, due to altered mitochondrial function and morphology associated with increased oxidative stress, inflammation and progressive degeneration of sensory and neural cells.Our results provide evidence that TRa is necessary for the development and maintenance of hearing in adulthood and suggest that THRA gene mutations in humans may be responsible for some progressive or syndromic hearing loss in adults.The second objective of this thesis is based on the study of genetic deafness associated with mutations in the OPA1 gene. Dominant optic atrophy or DOA is characterized by inherited optic nerve degeneration caused by mutations in the opa1 gene, encoding a mitochondrial GTPase dynamin. DOA was initially described as a non-syndromic loss of visual acuity, which can lead to total blindness. In the last decade, the clinical spectrum of DOA has been extended to a wide variety of syndromes, including deafness, ataxia and neuropathy called dominant optic atrophy plus. To date, the mechanisms responsible for hearing loss in DOA remain unknown and no curative treatment is available.To decipher the mechanisms responsible for the auditory deficits in DOA, we used a transgenic heterozygous mouse model carrying the human recurrent OPA1delTTAG mutation, which recapitulates the DOAplus syndrome. Our results showed that Opa1delTTAG mice display a progressive hearing loss due to a selective loss of inner hair cells together with progressive degeneration of auditory neurons. These results are in favor of a neuropathy. In addition, we showed that the hearing loss was associated with an alteration of mitochondrial function, increase in oxidative stress and autophagy and mitophagy activities.These results open up interesting pharmacological or genetic therapeutic prospects for restoring the function of a defective protein and hearing.