Caractérisation d'un modèle in vitro de cellules neuronales issues d'iPSc porteuses d'une mutation non-sens sur le gène GDAP1 responsable de la maladie de Charcot-Marie-Tooth et tests d'approches thérapeutiques innovantes

Characterization of an in vitro neuronal model derived from iPSC carrying a non-sense mutation in GDAP1 responsible for Charcot-Marie-Tooth disease and testing of innovative therapeutic approaches

• Auteur / Autrice : Nesrine Benslimane
• Direction : Anne-Sophie Lia Baldini, Frédéric Favreau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 12/12/2022
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ω-LIM-Biologie-Chimie-Santé (Limoges ; 2022-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : NEURopathies et Innovations Thérapeutiques (Limoges)
• Jury : Président / Présidente : Fabrice Lejeune
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne-Sophie Lia Baldini, Frédéric Favreau, Béatrice Turcq
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Giovanni Stevanin, Patrick Vourc'h

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cellules souches pluripotentes induites

Maladie de Charcot-Marie-Tooth

Mots clés libres

Mutation Non-Sens

Molécules de translecture

Inhibiteurs du Nonsense-Mediated mRNA Decay (NMD)

Cellules neuronales issues de cellules souches induites à la pluripotente (iPSc)

Nonsense Mutation

Readthrough molecules

Nonsense-Mediated mRNA Decay (NMD)

Neuronal cells derived from induced pluripotent stem cells (iPS)

Résumé

Les mutations non-sens générant un codon de terminaison prématuré (PTC) peuvent induire la production d'une protéine tronquée ou bien une dégradation prématurée de l'ARNm muté par le système NMD (Nonsense-Mediated mRNA Decay). Ces mutations non-sens sont la cause d’environ un tiers des maladies d’origine génétique et notamment de certaines neuropathies périphériques, dont la maladie de Charcot-Marie-Tooth (CMT). Des mutations non-sens sur le gène GDAP1 ont été associées à des formes sévères de CMT. Le rôle cellulaire de GDAP1 reste encore mal défini. Au sein du laboratoire NeurIT, UR20218, de l’Université de Limoges, nous avons mis en place un modèle cellulaire de cellules neuronales (Progéniteurs neuronaux (PN) et Motoneurones (MN)) issues des cellules souches pluripotentes induites (iPSc) de contrôles et d’un patient CMT porteur de la mutation homozygote c.581C>G (p.Ser194*) sur le gène GDAP1. Dans un premier temps, nous avons caractérisé ce modèle neuronal et mis en évidence un stress oxydant associé à un dysfonctionnement mitochondrial dans les MN issus d’iPSc du patient. Dans un deuxième temps, après avoir réalisé une revue de la littérature sur les molécules de translecture et les inhibiteurs du NMD, nous avons testé certaines de ces molécules sur nos modèles neuronaux, en collaboration avec l’Institut Pasteur de Lille. Nous avons pu démontrer que la molécule « Amlexanox » stabilisait l’ARNm GDAP1 muté et activait l’expression protéique de GDAP1 dans les PN et les MN. D’un point de vue fonctionnelle, nous avons observé que ce traitement permet de restaurer la morphologie des mitochondries des PN. Dans une dernière partie de cette thèse, nous présentons l’identification d’un codon non-sens et d’une délétion partielle du gène SH3TC2, l’un des principaux gènes mutés dans les formes autosomiques récessives démyélinisantes de CMT. L’établissement de modèles neuronaux sur ce gène sont une perspective de ce travail de thèse. Les molécules thérapeutiques identifiées lors de cette thèse pourront être testées sur ces prochains modèles. Ce travail de thèse montre l’importance des modèles cellulaires adaptés pour comprendre les voies physiopathologiques impliquées dans la CMT et montre des résultats prometteurs en termes d’approche thérapeutique.

Non-sense mutations generating a premature termination codon (PTC) can induce the production of a truncated protein or a premature degradation of the mutated mRNA by the NMD (Nonsense-Mediated mRNA Decay) system. These non-sense mutations are the cause of about one third of all genetic diseases, including some peripheral neuropathies, such as Charcot-Marie-Tooth disease (CMT). Non-sense mutations in GDAP1 have been associated with severe forms of CMT. The cellular role of GDAP1 remains poorly defined. In the NeurIT laboratory, UR20218, of the University of Limoges, we have set up a cellular model of neuronal cells (Neural progenitors (NP) and Motoneurons (MN)) derived from induced pluripotent stem cells (iPSc) of controls and of a CMT patient carrying the homozygous mutation c.581C>G (p.Ser194*) on GDAP1. First, we characterized this neuronal model and identified oxidative stress associated with mitochondrial dysfunction in the patient's iPSc-derived MNs. Then, after having reviewed the literature on readthrough molecules and NMD inhibitors, we tested some of these molecules on our neuronal models, in collaboration with the Pasteur Institute of Lille. We were able to demonstrate that the molecule "Amlexanox" stabilized the mutated GDAP1 mRNA and activated the protein expression of GDAP1 in NPs and MNs. From a functional point of view, we observed that this treatment restored the morphology of NP mitochondria. In the last part of this thesis, we present the identification of a non-sense codon and a partial deletion of SH3TC2, one of the main mutated genes in demyelinated autosomal recessive forms of CMT. The establishment of neuronal models on this gene are a perspective of this thesis. The therapeutic molecules identified during this thesis could be tested on these future models. This thesis showed the importance of adapted cellular models to understand the pathophysiological pathways involved in CMT and shows promising results in terms of therapeutic approach.