Dissertationen zum Thema „Usher, Syndrome d' – Génétique“

Le syndrome de Usher est une maladie génétique associant surdité congénitale et rétinopathie pigmentaire (RP), auxquelles peuvent s'ajouter des troubles vestibulaires. Les différences phénotypiques, distinguées en 3 types cliniques, s'accompagnent d'une hétérogénéité génétique impliquant au moins 10 gènes. Identifier et caractériser les causes moléculaires grâce aux outils d'analyses génétiques disponibles permet d'améliorer la compréhension des mécanismes physiopathologiques à l'origine des symptômes du syndrome de Usher. Dans ce cadre, nous nous sommes inscrits dans une recherche d'exhaustivité des études moléculaires. Dans un premier temps, nous avons ainsi mis en place l'analyse et défini le spectre mutationnel des gènes minoritairement impliqués dans le type II (GPR98 et DFNB31). Nous avons également développé différents outils, notamment pour l'analyse de variants altérant le mécanisme d'épissage ou touchant les régions promotrices des gènes USH2.Ces travaux permettent d'obtenir un taux de détection des altérations conduisant au syndrome de Usher type 2 de 90 %. Ce taux est maintenant similaire à celui observé pour le type 1, qui constituait jusqu'ici la référence.Nous avons, dans un second temps, développé le séquençage nouvelle génération (NGS) appliqué à l'exome Usher. L'objectif de cette analyse était de tester la faisabilité et l'efficacité de cette approche, en vue de son éventuelle utilisation en diagnostic moléculaire. La définition des critères de qualité et la mise en place de la priorisation des variants ont été réalisées sur un groupe contrôle. L'étude a ensuite été étendue sur une cohorte de patients. Les résultats obtenus montrent qu'une utilisation en diagnostic est possible mais restera dépendante de l'amélioration de la technique du séquençage, de son analyse et des outils bioinformatiques pour interpréter le volume de données ainsi généré
Usher syndrome is a genetic disorder combining sensorineural hearing loss (HL) and retinitis pigmentosa (RP). Some patients will also exhibit vestibular areflexia (VA). Clinical and genetic heterogeneity is recognized as the 3 clinical subgroups, defined mainly on the degree of HL and VA, can be caused by mutations in one of the 10 known genes. It is important to use all accessible genetic tools to identify and characterize molecular origin in order to improve the knowledge of the physiopathological mechanisms causing Usher Syndrome.In this context, we have developed an exhaustive approach. In a first step, we have implemented the analysis and established the mutational spectrum of the 2 minor USH2 genes (GPR98 and DFNB31). In addition, we have developed several tools, in particular to study variants susceptible to alter splicing or lying in the promoter regions of the USH2 genes.Thanks to this work, the USH2 mutation detection rate has now been raised to 90%, similar to that of USH1.We have then designed a targeted exome of the Usher genes to be sequenced using the GS Junior system (Roche 454). The aim of the study was to test the feasibility of this new technics for a possible transfer to diagnostic facilities. Quality criteria and variant priorization were set up on a control cohort (previously studied in one of the USH gene). The study has then been extended on a patient cohort. Our results indicate that NGS Usher-exome can be used in molecular diagnostics but improvement of the reliability of the sequencing technology, bioinformatics tools and dedicated databases is essential

Le syndrome de Usher (USH) est une maladie transmise selon le mode autosomique récessif caractérisée par l’association d’une surdité congénitale (HL) et d’une rétinite pigmentaire (RP), et dans certains cas, d’une aréflexie vestibulaire. Une hétérogénéité clinique et génétique est reconnue. Environ 10 % des cas USH restent non résolus après analyse moléculaire exhaustive des différents gènes. Ces cas incluent les patients qui ne portent aucune mutation dans un des gènes USH connus ainsi que les patients porteurs d’une seule mutation dans un gène USH. Au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés à l’étude des patients porteurs d’une seule mutation dans les gènes USH2A et PCDH15.Dans la première partie de la thèse, nous avons analysé une cohorte de patients avec un phénotype USH2A bien défini : 5 patients pour lesquels une seule mutation à l’état hétérozygote avait été identifiée dans le gène USH2A et un patient porteur d’un variant silencieux en trans d’une mutation non-sens.Pour les 5 patients, nous avons émis l’hypothèse que la seconde mutation, restant à être identifiée, pourrait se trouver dans des régions introniques profondes. Pour cela, nous avons développé une approche de séquençage à haut débit (NGS) de l’ADN pour identifier les variants introniques profonds dans le gène USH2A et évaluer leurs conséquences sur l’épissage. Comme preuve de concept et pour valider l’approche, y compris le pipeline bio-informatique et l’évaluation des outils de prédiction de l’épissage, nous avons analysé un patient porteur d’un pseudoexon (PE) connu dans le gène USH2A. Ensuite, les 5 patients ont été étudiés en utilisant le pipeline défini, ce qui a conduit à l’identification de 3 nouveaux variants introniques profonds chez 4 d’entre eux. Tous les variants ont été prédits comme pouvant avoir un impact sur l’épissage et aboutir à l’insertion de PE. Ces prédictions ont été validées par les essais minigènes. Grâce à cette étude, nous présentons une stratégie innovante pour identifier les mutations introniques profondes, lorsque l’analyse des transcrits n’est pas possible. Par ailleurs, le pipeline bio-informatique développé fonctionne indépendamment de la taille du gène analysé, ce qui permet l’application possible de cette approche à n’importe quel gène. Par ailleurs, un oligonucléotide antisens de type morpholino (AMO) a été évalué in vitro afin de rétablir l’altération d’épissage induite par une des mutations identifiées. Les résultats ont montré un taux d’exclusion élevé du transcrit aberrant et suggèrent une application possible en thérapie moléculaire. Nous avons ensuite effectué des études sur le variant USH2A c.1377T>A, un variant silencieux afin d’évaluer son effet sur l’épissage. L’analyse de l’ARN issu de cellules nasales du patient a montré que ce variant conduit au saut de l’exon 8 dans les transcrits USH2A. Ceci a été confirmé par un essai minigène. En outre, des études préliminaires ont été réalisées en utilisant des outils de prédictions et des essais minigènes pour évaluer l’implication des éléments cis-régulateurs dans le défaut d’épissage observé chez le patient. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons analysé une patiente USH1, pour laquelle une seule mutation avait été identifiée dans le gène PCDH15. Dans ce cas, nous avons combiné la culture des cellules épithéliales nasales avec l’analyse des transcrits PCDH15. Celle-ci a été réalisée par séquençage de cinq RT-PCR chevauchantes. Grâce à cette analyse, nous avons réussi à délimiter une région d’intérêt dans le transcrit, dont l’amplification a échoué exclusivement pour l’allèle porteur de la mutation non identifiée. D’autres analyses ont été effectuées dans la région génomique correspondante par capture ciblée couplée au séquençage NGS et LongRange PCR suivi de séquençage Sanger. Cependant, aucun variant candidat n’a été identifié à ce jour. Nous suggérons l’implication de mécanismes moléculaires complexes qui restent à être caractérisés
Usher syndrome (USH) is an autosomal recessive disorder characterized by the association of sensorineural hearing loss (HL) and retinitis pigmentosa (RP), and in some cases, vestibular areflexia. Clinical and genetic heterogeneity are recognised. Indeed, three clinical types can be caused by mutations in one of the 10 known genes and USH2A represents the most frequently involved gene.Approximately 10 % of the USH cases remain genetically unsolved after extensive molecular analysis of the different genes, which includes sequencing of the exons and their intronic boundaries, combined to large rearrangements screening by array CGH. These unsolved cases include patients who do not carry any mutation in any of the known USH genes and patients who carry a single USH mutation. During this thesis we focalised on the study of patients carrying a single mutation in USH2A and PCDH15 gene.First, we have analysed a cohort of well-defined USH2A patients: five patients, for whom a single USH2A heterozygous mutation had been identified and one patient carrying a silent variant in trans to a nonsense mutation. For the 5 patients, we supposed that the second mutation remaining to be found could be localised deep in the introns. Indeed, a deep intronic mutation resulting in the inclusion of a pseudoexon (PE 40) in USH2A transcripts had been identified, following RNA analysis from nasal cells. Unfortunately, analysing USH2A transcripts still represent a challenging approach in a diagnostic settings and it is not always possible. To circumvent this issue, we have developed a DNA-Next Generation Sequencing (NGS) approach to identify deep intronic variants in USH2A and evaluate their consequences on splicing. As a proof of concept and to validate this approach, including the bioinformatics pipeline and the assessment of splicing predictor tools, the patient carrying the PE 40 was analysed at first. Then, the 5 patients were studied using the defined pipeline, which led to the identification of 3 distinct novel deep intronic variants in 4 of them. All were predicted to affect splicing and resulted in the insertion of PEs, as shown by minigene assays. Through this study, we present a new and attractive strategy to identify deep intronic mutations, when RNA analyses are not possible. In addition, the bioinformatics pipeline developed is independent of the gene size, implying the possible application of this approach to any disease-linked gene. Moreover, an antisense morpholino oligonucleotide (AMO) tested in vitro for its ability to restore the splicing alterations caused by one of the identified mutation provided high inhibition rates. These results are indicative of a potential application for molecular therapy.In the second case, we have performed studies on the USH2A c.1377T>A silent variant to investigate its effect on splicing. Analysis of RNA from nasal cells of patients showed that this variant led to the skipping of exon 8 in USH2A transcripts. This was confirmed by minigene assay. Moreover, preliminary studies have been performed using prediction tools and minigene assays to assess the involvement of cis-acting elements in causing the aberrant splicing.In the second part of the thesis, we have analysed an USH1 patient, for whom only one mutation had been identified in the PCDH15 gene. In this case, we combined nasal epithelial cells culture with the analysis of the PCDH15 transcripts. This was performed by sequencing five overlapping RT-PCRs. Through this analysis, we were able to delimit a region within the transcript, which failed to be amplified exclusively in the allele carrying the unidentified mutation. Further analyses have been performed in the corresponding genomic region by NGS-target capture and LongRange PCR associated with Sanger sequencing. However, no evident mutation has been identified so far. Therefore, we suggest the involvement of complex molecular mechanisms that remain to be characterised

La surdité et les troubles vestibulaires sont des pathologies fréquentes, source de handicap et d’altération de la qualité de vie. Actuellement, il n’existe pas de traitement curatif pour ces pathologies. La thérapie génique utilisant les AAVr semble une alternative prometteuse notamment dans le traitement des surdités et troubles vestibulaires d’origine génétique. Cependant, de nombreux défis restent à relever avant d’envisager une application chez l’Homme. Dans ce travail, nous avons cherché à identifier les étapes clés à franchir pour une application clinique de la thérapie génique pour 2 surdités génétiques humaines, le syndrome USH1G et la surdité DFNB9, à l'aide des modèles murins correspondants, d'études chez le primate non-humain et d'un modèle d’explant d’organes vestibulaires humains. Nous avons pu montrer que la fenêtre thérapeutique était un facteur majeur à prendre en compte dans un objectif translationnel. Le stade de maturation de l’oreille interne influe grandement sur l’efficacité de la thérapie, d’autant plus lorsque la pathologie implique des anomalies de développement comme dans le syndrome USH1. Pourtant, nous avons pu apporter la preuve d’une extension de la fenêtre thérapeutique chez la souris Ush1g-/-, et montrer que la thérapie génique permettait une restauration à un niveau proche de la normale de la fonction vestibulaire et dans une moindre mesure de la fonction auditive après injection à un stade mature. Dans la surdité DFNB9 pour laquelle il n’existe pas d’anomalie de développement, nous avons pu montrer que la thérapie génique permettait une restauration complète de l’audition, et posé les fondements d’une future thérapie chez l’Homme
Deafness and vestibular disorders are frequent pathologies, and sources of disability and impaired quality of life. Deafness is the most common sensory disorder in humans, and 1 child is born deaf for every 700 births. Currently, there is no cure for these disorders. A promising therapeutic alternative is gene therapy using rAAV, and numerous preclinical studies have provided proof of its efficacy in the treatment of deafness and vestibular disorders of genetic origin. However, many challenges remain to be overcome before considering application in humans. In this work, we sought to identify the key steps to be taken for a clinical application of gene therapy for 2 human genetic causes of deafness, USH1G syndrome and DFNB9 deafness. We used the corresponding mouse models for this, as well as studies in non-human primates and an in vitro human vestibular organ explant model. We were able to show that the therapeutic window was a major factor to take into account in a translational objective. The stage of maturation of the inner ear greatly influences the effectiveness of therapy, especially when the pathology involves developmental abnormalities such as in USH1 syndrome. However, we were able to provide evidence of an extension of the therapeutic window in Ush1g-/- mice, and to show that viral gene therapy performed at a mature stage allowed vestibular function to be restored to a level close to normal, and to a lesser extent a restauration of hearing function. In DFNB9 deafness for which there is no developmental abnormality, we were able to show that gene therapy allowed a complete restoration of hearing, and laid the foundations for a future therapy in humans

Le syndrome d’Usher (USH) cause une surdité-cécité chez l’homme. Au moins neuf gènes responsables ont été identifiés. L’origine de l’atteinte auditive a été dévoilée par l’analyse de souris mutantes, mais les causes de la cécité sont encore obscures. Néanmoins, unes des protéines de Usher, la myosine VIIa, a été impliquée dans le transport intracellulaire dans les photorécepteurs. Pour mieux comprendre le rôle dans la rétine, j’ai étudié l’un de ses partenaires, la spectrine βV. Nous avons conclu que cette spectrine, en collaboration avec les protéines USH1, est impliquée dans le trafic cellulaire: elle couple les moteurs (myosine VIIA, kinesine II et le complexe dynéine/dynactine) à leurs cargos en route vers le segment externe des photorécepteurs. La combinaison d’études comparatives dans les cellules ciliées (CC) de l'oreille interne de grenouille et de souris, de tests biochimiques et d’analyses phylogénétiques indique que le transport vers et depuis la surface apicale des cellules est la fonction ancestrale de cette spectrine. Chez les mammifères, une pression évolutive a engendré le recrutement de la spectrine βV à la paroi latérale des CC externes auditives, probablement pour participer à une nouvelle fonction: l’électromotilité. Enfin, j’ai étudié l’origine de la surdité dans le syndrome d’Usher III. Le seul gène causal connu est CLRN1, qui code pour la clarine-1. Nous avons conclu que la clarine-1 est nécessaire à la maturation et le maintien des touffes ciliaires des CC. De plus, la clarine-1 est essentielle pour le regroupement des canaux calciques voltage-dépendants au voisinage immédiat de la machinerie exocytotique de la synapse à ruban des CC internes
Usher syndrome (USH) causes a combined deafness-blindness in humans. At least nine causative genes are known. While the analysis of USH knockout mice has shed light on the origin of the auditory deficit, the causes of vision loss are still unclear. Nevertheless, USH1B protein, myosin VIIa, appears to contribute to intracellular traffic in photoreceptor cells. To better understand the role of this myosin in the retina, I studied the functions of its interacting partner, spectrin βV. We found that spectrin V, along with USH1 proteins, participates in intracellular transport by coupling motor proteins (myosin VIIa, kinesin II, dynein/dynactin complex) to the cargoes en route towards the outer segment of photoreceptor cells. Evidence from comparative studies in frog and mouse inner ear, biochemical assays and phylogenetic analyses point to cargo trafficking to and from the apical cell region, as the likely ancestral function of this spectrin. Our analyses also suggest that evolutionary pressures in the mammalian lineage drove the recruitment of spectrin βV to the lateral wall of auditory outer hair cells, probably to support a new function: electromotility. Finally, I explored the origin of hearing loss in Usher syndrome of type III (USH3). So far, the only causal gene known is CLRN1, which codes for clarin-1. The comparative characterization of two Clrn1 mouse mutants revealed that clarin-1 is required for the maturation and maintenance of the hair bundle in the hair cells. Moreover, our results indicate that clarin-1 is also essential to cluster the voltage-gated Ca2+ channels in close proximity to the exocytotic machinery of the ribbon synapse of inner hair cells

Les photorécepteurs sont des neurones très spécifiques dédiés à la phototransduction et reposant sur une machinerie cellulaire très complexe. La dépolarisation permanente dans le noir des photorécepteurs déclenche une transmission synaptique constante et extrêmement spécifique qui requièrent une quantité d'énergie considérable. Les photorécepteurs peuvent dégénérer lorsque la phototransduction ou l'apport énergétique sont altérés. Le syndrome d'Usher conduit à une surdité et une cécité. La recherche du rôle des protéines usher dans les photorécepteurs a été freinée par l'absence de phénotype rétinien dans les modèles. De la même façon, la compréhension des mécanismes moléculaires conduisant à l'atteinte des cônes dans la rétinopathie diabétique a été entravée par l'absence de symptômes vasculaires et neuronaux dans les modèles. Durant ma thèse, j'ai caractérisé deux modèles animaux des syndromes Usher et HANAC. Des atteintes neuronales ont été démontrées par électrorétinogramme et par l'observation de changements morphologiques des cellules. Dans les modèles Usher, j'ai également montré une neuroprotection des photorécepteurs par plusieurs stratégies. Dans le modèle HANAC, les atteintes neuronales étaient associées à une tortuosité vasculaire anormale une augmentation de la perméabilité vasculaire et l'expression accrue de VEGF. Les évaluations phénotypiques de ces trois modèles fournissent un nouvel aperçu de la physiopathologie des dégénérescences des cônes dans le syndrome d'Usher et dans les maladies vasculaires complexes. Ce travail ouvre surtout la voie au développement et à l'évaluation de nouvelles stratégies thérapeutiques pour ces maladies menant à la cécité
Photoreceptors are very specific neurons dedicated to phototransduction, which relies on very complex machinery. The maintained depolarization in darkness triggers a constant and thus very specific type of synaptic transmission. These require high energy need. As a consequence, photoreceptors can degenerate in various hereditary retinal diseases when phototransduction or energy consumption are altered. The Usher syndrome is such a hereditary disease leading to both deafness and blindness. If Usher proteins are involved in the mechanotransduction in hair cells, investigating their role in photoreceptors has been hamperedby the lack of a retinal phenotype in murine models. Similarly, understanding themolecular mechanisms of cone dysfunction in diabetic retinopathy has beenhampered by the lack of vascular and neuronal symptoms and neuronal models. During my PhD, I have developed animal models of Usher and HANAC syndromes both leading to cone photoreceptor dysfunction and damage. Cone dysfunction was demonstrated by electroretinogram recording and by morphological changes, retinal gliosis and microglial activation. In the Usher models, I also demonstrated photoreceptor neuroprotection by different strategies. In the HANAC model, neuronal dysfunction was associated as in diabetic retinopathy to blood vessel tortuosity, blood vessel permeability and incresead VEGF expression levels. These phenotypic evaluations of mouse models provide new insights into the physiopathology of cone photoreceptor degeneration in Usher syndrome and in complex vascular diseases. It also open the way for the development and assessment of new therapeutic strategies for these diseases leading to blindness

La vue et l'ouïe font intervenir des cellules capables de rapidement traduire une onde, lumineuse ou sonore, en un message électrochimique transmissible au cerveau. La fonction de ces cellules sensitives repose sur leurs morphologies uniques. Les mutations de onze gènes sont la cause des syndromes Usher, associant cécité et surdité. Les protéines Usher sont indispensables à l'architecture de ces deux types cellulaires ; elles forment des complexes dont les interactions clés sont maintenues principalement par des domaines PDZ. L'une des protéines centrales de ce réseau est la Whirline, une protéine multi-domaine contenant trois domaines PDZ. Pour comprendre les bases moléculaires des syndromes Usher, nous nous sommes concentrés sur la caractérisation biochimique et biophysique de la Whirline. Nous avons identifié un nouveau domaine HHD2 de la Whirline dont nous avons obtenue la structure à haute résolution et déterminé le comportement en solution, isolé et avec les domaines adjacents. Nous avons ensuite caractérisé un supramodule transitoire entre deux domaines PDZ, maintenu par des extensions structurées de chacun des domaines. Nous avons résolu la structure de la conformation compacte unique de ce complexe et étudié son équilibre avec un ensemble de conformations étendues. Nous avons enfin caractérisé in vitro le réseau d'interaction des domaines PDZ de la Whirline avec les protéines Usher. L'ensemble de nos résultats sur la structure modulaire et l'interactome de la Whirline permet de mieux comprendre le rôle de la Whirline dans les différents complexes Usher et d'expliquer les conséquences de ses mutations sur les mécanismes moléculaires de l'audition et de la vision
Vision and hearing rely on the capacity of cells to rapidly transduce electromagnetic waves or sound waves into chemical messages that are transmissible to the brain. The function of these sensory cells requires unique morphologies. The mutations of eleven genes are responsible for Usher syndromes, associating blindness and deafness. The Usher proteins are pivotal to the architecture of the photoreceptor and hearing cells. They form complexes in which the critical interactions are mainly maintained by PDZ domains. One of these central proteins is Whirlin, a multi-domain protein encompassing three PDZ domains. To understand the molecular basis of the Usher syndromes, we focused our project on the biochemical and biophysical characterization of Whirlin. We identified a new HHD2 domain on Whirlin, for which we solved the structure at high resolution and determined the behavior in solution, isolated or with adjacent domains. We then identified a transient supramodule between two PDZ domains, maintained by PDZ structured extensions. We determined the structure of the compact and unique conformation of this tandem and we characterized its equilibrium with an ensemble of more extended conformations. Finally, we characterized in vitro the network of interaction of the PDZ domains of Whirlin, with the majority of the Usher proteins. Our results on the modular structure and the interactome of Whirlin get insight into the role of Whirlin in the numerous complexes formed by the Usher proteins and allow to better explain the consequences of its mutation on the molecular mechanisms of hearing and vision

Le syndrome de Usher (USH) est la cause la plus fréquente de surdité-cécité héréditaire chez l’Homme. USH1B est causé par une mutation dans le gène codant la myosine VIIa. Pour comprendre le rôle de cette myosine dans la dystrophie rétinienne, nous avons identifié et caractérisé son interaction avec une spectrine dite non-conventionnelle, la spectrine βV, dans les cellules photoréceptrices de la rétine. Nos avons montré que la spectrine βV s’associe également à d’autres protéines USH1, l’opsine et d’autres protéines de la phototransduction, et à des moteurs moléculaires associés aux microtubules. Ainsi, cette spectrine contribuerait au trafic protéique vers le segment externe des photorécepteurs, lieu de la transduction du signal lumineux. Nous avons également montré que la spectrine βV a subi une sélection positive dans la branche des mammifères ce qui pourrait expliquer pourquoi la localisation et le rôle de la protéine varient en fonction du degré de spécialisation cellulaire et de l’espèce étudiée
Usher syndrome is the most frequent cause of deaf-blindness in Humans. Defects in myosin VIIa causes the USH1B syndrome. To understand the role of this actin-based motor in the retinal pathology, we identified and characterized its interaction with a non-conventional spectrin, spectrin βV, in the retinal photoreceptor cells. We found that spectrin βV associates also with other USH1 proteins, opsin and some other phototransduction proteins, as well as to the microtubule-based motors. Together our data led us suggest that spectrin βV contribute to protein transport towards the photoreceptor outer disks, site of phototransduction. Moreover, we found that βV spectrin has been submitted to a positive selection in mammalian lineage, which could explain the differences we observed in the localization and the function of the protein in different cell types and species

Le syndrome d'Usher (USH) est la première cause de surdité et de cécité chez l'homme. 3 types cliniques USH (USH1-3) sont définis. La perte auditive des patients de forme clinique de type III n'est pas congénitale, mais progressive, survenant généralement pendant ou après l'adolescence, et la présence de défauts vestibulaires et l'âge d'apparition de la rétinite pigmentaire sont variables. J'ai étudié le rôle de la clarine-1, à l'origine de l'USH3A. Le gène CLRN1 code pour la clarine-1. La caractérisation des souris mutantes Clrn1 a révélé que la clarine-1 est essentielle pour l'organisation structurelle et la fonction des canaux présynaptiques Cav1.3 Ca2+ au niveau de la synapse du ruban des cellules ciliées internes et pour la distribution des récepteurs AMPA postsynaptiques. Le transfert à médiation virale de la Clrn1 intacte dans les souris mutantes clarin-1 dans la cochlée a empêché durablement les défauts synaptiques et l'apparition de la perte auditive. J'ai également exploré le rôle de clarine-2, dont l'absence entraîne une perte auditive. Les souris mutantes clarin-2 présentent une perte auditive progressive et précoce. Nos résultats démontrent un rôle clé pour la clarin-2 dans l'audition des mammifères, fournissant des informations sur l'interaction entre la transduction mécano-électrique et le maintien des stéréocils. Enfin, j'ai étudié les mécanismes compensatoires impliquant les deux clarines qui pourraient cacher des fonctions importantes dans l'oreille interne. L'inactivation de Clrn1 et Clrn2 altère prématurément la fonction vestibulaire, la perte totale de transduction mécano-électrique et les perturbations extrêmes des stéréocils du faisceau de cheveux. Une élucidation supplémentaire des mécanismes par lesquels les deux clarines interagissent, et l'importance de ces interactions dans les systèmes vestibulaire et cochléaire est en cours
Usher Syndrome (USH) is the first cause of deafness blindness in humans. 3 USH clinical types (USH1-3) are defined. Type III clinical form patients hearing loss is not congenital, but progressive, usually occurring during or after adolescence, and the presence of vestibular defects and age of onset of retinitis pigmentosa is variable. I studied the role of clarin-1, causing USH3A. CLRN1 gene encodes clarin-1. The characterization of Clrn1 mutant mice revealed that clarin-1 is essential for the structural organization and function of the presynaptic channels Cav1.3 Ca2+ at the inner hair cell ribbon synapse and for the distribution of postsynaptic AMPA receptors. The viral-mediated transfer of the intact Clrn1 into the clarin-1 mutant mice in cochlea durably prevented synaptic defects and occurrence of the hearing loss. I also explored the role of clarin-2 another member of the clarin family, the absence of which leads to hearing loss. The clarin-2 mutant mice have a progressive, early-onset hearing loss. Our findings demonstrate a key role for clarin-2 in mammalian hearing, providing insights into the interplay between mechano-electrical transduction and stereocilia maintenance. Finally, I studied the compensatory mechanisms involving the two clarins which might conceal important functions in the inner ear. The inactivation of both Clrn1 and Clrn2 impairs prematurely the vestibular function, total loss of mechano-electrical transduction & extreme disruptions of the hair bundle stereocilia. Further elucidation of the mechanisms through which the two clarins interact, and the importance of such interactions in the vestibular and cochlear systems is underway

La (Pcdh15) est localisée dans les touffes ciliaires des cellules ciliées internes et externes de la cochlée. Elle forme des liens interstéréociliaires entre les différents stéréocils, des protrusions riches en actine qui forment ensemble la touffe ciliaire. L’absence de Pcdh15 entraîne la désorganisation des touffes ciliaires et la perte de la mécanotransduction auditive. Pcdh15 forme en effet la partie basse du lien de bout de cil (en anglais tip-link), le lien contrôlant l’ouverture du canal de transduction, qui se situe au point d’insertion inferieur de ce lien. Il existe trois isoformes de Pcdh15 (CD1, CD2 et CD3). J’ai étudié la distribution de ces isoformes dans la touffe ciliaire à différents stades de sa maturation. Différents modèles murins « KO conditionnel » ont été générés, ils m’ont permis d’analyser les conséquences de l’absence de chacune des isoformes individuellement, ainsi que celles de l’absence de Pcdh15-CD2 et Pcdh15-CD3, et celles de l’absence simultanée des trois isoformes. J’ai ainsi pu conclure que Pcdh15-CD2 est la seule isoforme essentielle pour la formation des tip-links dans les cellules ciliées matures. Dans les touffes ciliaires matures, Pcdh15 joue également un rôle dans l’interaction entre les touffes ciliaires et la membrane tectoriale, dans le contrôle de la taille des stéréocils, et dans la formation des liens interstéréociliaires apicaux. Pour ces fonctions, mais pas pour la formation du tip-link, Pcdh15-CD1 et Pcdh15-CD2 (les isoformes présentes dans la touffe ciliaire mature) sont redondantes. Cependant, Pcdh15-CD1 ne peut compenser que partiellement l’absence de Pcdh15-CD2 et Pcdh15-CD3. Pour étudier comment Pcdh15 interagit avec les autres protéines impliquées dans le syndrome de Usher, les interactions avec l’harmonine et la whirline (deux protéines d’échafaudage qui sont colocalisées avec Pcdh15 à l’apex des stéréocils) ont été analysées in vitro
Protocadherin-15 (Pcdh15 is located in the stereociliary hair bundles of inner and outer hair cells (IHCs and OHCs) of the cochlea, where it forms fibrous links between different stereocilia. Absence of Pcdh15 leads to deafness due to the disorganization of hair bundles and absence of mechano-electrical transduction. The latter is explained as Pcdh15 forms the lower component of the tip-link, that gate hair cell mechano-electrical transduction channels. There are three different splice isoforms of Pcdh15 (CD1, CD2 and CD3), I studied their distribution in the developing and mature auditory hair cells. Different conditional Pcdh15 knockout mouse models were generated, permitting analysis of the absence of each of the different Pcdh15 isoforms individually, of the combined absence of Pcdh15-CD2 and Pcdh15-CD3, and of the absence of all isoforms. I was able to conclude that Pcdh15-CD2 is essential for the formation of tip-links in mature hair cells. In mature hair bundles Pcdh15 also plays a role in the coupling of the hair bundles to the tectorial membrane, in the control of the size of the stereocilia, and in the formation of apical links between stereocilia. The different Pcdh15 isoforms present in mature hair bundles (Pcdh15-CD1 and Pcdh15-CD2) are functionally redundant for these functions, but not for tip-link formation. In immature hair bundles, the different Pcdh15 isoforms are functionally redundant, although Pcdh15-CD1 can only partially compensate the absence of Pcdh15-CD2 and Pcdh15-CD3. To discover how Pcdh15 interacts with other proteins implicated in Usher syndrome, interactions with harmonin and whirlin were analyzed by biophysical techniques

Le syndrome d’Usher (USH) associe une surdité neurosensorielle congénitale et une perte progressive de la vision par rétinite pigmentaire. Pendant ma thèse, l’essentiel de mon travail a porté sur un gène responsable du syndrome d’Usher de type 2, USH2A. Ce gène code pour l’usherine, une protéine associée aux liens fibreux interstéréociliaires situés à la base de la touffe ciliaire des cellules ciliées de la cochlée. Ces liens transitoires disparaissent autour du 9e jour post-natal (P9), chez la souris et le complexe moléculaire associé à ces liens inclut l’usherine, adgrv1 (un récepteur membranaire couplé aux protéines G), la whirline, et pdzd7 (deux protéines sous-membranaires d’échafaudage contenant des domaines PDZ). Des travaux précédents ont montré que l’interaction de ces quatre protéines était nécessaire à un développement correct de la touffe ciliaire, qui lui-même conditionne la transduction mécano-électrique opérée par les cellules ciliées. Pendant ma thèse, j’ai étudié les effets, à court terme et à long terme, de l’absence de la plus longue des 2 isoformes connues de l’usherine, l’isoforme-b transmembranaire, sur des souris mutantes pour le gène Ush2a (Ush2aΔTM/ΔTM). Chez ces souris, j’ai effectué des mesures de courants de transduction mécano-électrique, des enregistrements des potentiels évoqués auditifs (PEA), des tests de masquage auditif, et une analyse morphologique des cellules ciliées par imagerie au microscope électronique à balayage. Ainsi, j’ai pu montrer que les liens interstéréociliaires basaux étaient présents à P4 et que les courants de transduction mécano-électrique étaient normaux à P7. L’absence de l’isoforme-b de l’usherine n’a, en fait, que très peu de conséquences morphologiques et fonctionnelles sur la touffe ciliaire des cellules ciliées de la cochlée durant les 3 ou 4 premiers mois de vie chez la souris. A partir de l’âge de 4 mois cependant, les souris Ush2aΔTM/ΔTM souffrent d’une perte progressive de l’audition et d’anomalies de la sélectivité dans l’analyse des fréquences du son, dues surtout à un dysfonctionnement des cellules ciliées externes. Ces résultats viennent alimenter le débat sur le caractère progressif de la surdité du syndrome d’Usher de type 2A. La surdité des patients USH2A est considérée comme étant le plus souvent non progressive, mais plusieurs études ont révélé que certains patients souffrent en fait d’une surdité progressive. Mon travail a permis de montrer que chez la souris, la surdité en rapport avec des mutations d’Ush2a peut également être progressive. L’existence potentielle d’une fenêtre temporelle chez les patients USH2A dont la surdité moins sévère à la naissance, va ensuite s’aggraver, pourrait permettre d’envisager dans le futur un traitement curatif précoce du déficit auditif de ces patients, par thérapie génique
Usher syndrome (USH) is characterised by a sensorineural congenital deafness and a progressive loss of vision by retinitis pigmentosa. During my PhD, my main focus of study was a gene responsible for Usher syndrome type 2, USH2A. This gene codes for usherin, a protein associated with the fibrous links located at the base of the hair bundle of cochlear, and vestibular hair cells. In mice, these transitory links start to disappear as of postnatal day 9 (P9), and the molecular complex with which they are associated is composed of usherin, adgrv1 (an adhesion G protein coupled receptor), whirlin, and pdzd7 (two submembranous PDZ domain-containing scaffold proteins). Previous work has shown that the interaction in between these 4 proteins is essential for the development of the hair bundle, the structure responsible for the initiation of the mechano-electrical transduction (MET) process in the hair cells. During my thesis, I studied the short term and long term effects of the absence of the longest of the 2 usherin isoforms, the transmembrane b-isoform, in mice carrying a mutation in the Ush2a gene (Ush2aΔTM/ΔTM). In these mice, I measured mechano-electrical currents, auditory brainstem responses, undertook auditory masking tests, and analysed scanning electron micrographs of cochlear hair bundles. Through this work, I showed that basal lateral links similar to ankle links could be observed on P4, and that MET currents were normal on P7. The absence of the long b-isoform of usherin actually has very little effect on the morphology or the function of the cochlear hair bundle in mice, until 3 or 4 months of age. As of 4 months old however, Ush2aΔTM/ΔTM mice suffer from a progressive hearing loss, and frequency selectivity defects, mainly cause by a dysfunction of outer hair cells. These results will further add to the debate on whether the hearing loss in Usher syndrome type 2A is progressive or not. Hearing loss in USH2A patients is generally considered non progressive, but several studies have given indication to the contrary. My work has shown that in mice, deafness caused by mutations to the Ush2a gene can also follow a progressive pattern. The potential existence of this temporal window in USH2A patients whose hearing impairment is less severe at birth, but gets worse over time, could allow clinicians to use gene therapy as curative treatment for patients who fall into this category

Les protéoglycanes (PGs) jouent un rôle important dans de multiples processus cellulaires tels que la prolifération, la différenciation et la migration cellulaires. Les PGs sont constitués d’une protéine porteuse sur laquelle sont fixées de façon covalente des chaînes hétéropolyssacharidiques de glycosaminoglycanes (GAGs). L’initiation de la biosynthèse des GAGs sur les PGs implique une glycosyltransférase, la ß1,3-galactosyltransférase 6 (ß3GalT6) qui catalyse l’addition d’un résidu galactose sur un disaccharide accepteur (Gal-Xyl) fixé au niveau de motifs d’ancrage des GAGs sur la protéine porteuse du PG. Des mutations de la ß3GalT6 ont été récemment associées à une forme pléiotropique du syndrome d’Ehlers-Danlos (SED), un groupe hétérogène de maladies génétiques rares touchant les constituants matriciels des tissus conjonctifs. L’implication de la ß3GalT6 dans la pathogénie du SED n’est cependant pas encore connue à ce jour, point qui sera exploré au cours de ce travail de thèse. Nous avons montré que la mutation du gène B3GALT6 conduit à une diminution de la biosynthèse des GAGs matriciels et membranaires, associée à une réduction de la capacité migratoire des fibroblastes de derme humain issus de patients atteints de SED par rapport aux fibroblastes contrôle, non porteurs de l’altération génétique. Une étude “gain et perte de fonction” a montré que l’extinction du gène B3GALT6 dans des fibroblastes contrôle impacte la biosynthèse des GAGs. De façon complémentaire, la restauration de l’expression de la ß3GalT6 dans les fibroblastes des patients a eu pour conséquences une augmentation du taux de synthèse des GAGs matriciels et membranaires, associée à une augmentation significative de la capacité de migration des cellules équivalente à celle des cellules non déficientes. Les résultats obtenus nous permettent de mieux comprendre le rôle de la ß3GalT6 dans la pathogénie du SED. Ces travaux ciblant la ß3GalT6 peuvent ouvrir la perspective de proposer des stratégies thérapeutiques visant à s’opposer à la perte d’anabolisme des GAGs et au défaut de migration observés dans le SED
Proteoglycans (PGs) play important roles in many physiological processes, including cell proliferation, differentiation and migration. PGs are composed of linear heteropolysaccharide chains, called glycosaminoglycans (GAGs), which are covalently attached to a core protein through a tetrasaccharide linkage. The addition of the third residue (galactose) of the linkage is catalyzed by ß1,3-galactosyltransferase 6 (ß3GalT6), a key glycosyltransferase in GAG initiation. Recently, mutations of ß3GalT6 have been associated to Ehlers-Danlos Syndrome (EDS), a group of rare and severe genetic connective tissue disorders. However, the role of ß3GalT6 defects in EDS pathogeny remains unknown. In my thesis, we showed that ß3GalT6 defective dermal fibroblasts of affected patients exhibited a marked reduction in GAG anabolism associated to a significant delay in wound closure compared to control cells. The ß3GalT6 gain- and loss-of-function studies demonstrated that B3GALT6 gene deletion in control fibroblasts affects the synthesis of GAGs chains. Interestingly, GAG anabolism and cell migration were restored when ß3GalT6 is overexpressed in patient fibroblasts, which could be the starting point to the development of therapeutic strategies against the loss of GAG synthesis and defect of cell migration observed in EDS. This work provides a better understanding of the crucial role of ß3GalT6 in EDS pathogeny

Les protéoglycanes (PGs) sont des composants majeurs de la matrice extracellulaire et jouent un rôle important dans l’organisation architecturale des tissus conjonctifs et dans la signalisation cellulaire. Les PGs sont composés de chaînes de glycosaminoglycanes (GAGs) attachées de façon covalente à une protéine core par une amorce tétrasaccharidique. L’addition du troisième résidu (galactose) est catalysée par la β1,3-galactosyltransférase 6 (β3GalT6), une enzyme clé de l’initiation de la synthèse des GAGs. Plusieurs études ont mis en évidence la présence de mutations de la β3GalT6 associées à la forme spondylodysplastique du Syndrome d’Ehlers-Danlos (SEDsp), une maladie génétique sévère des tissus conjonctifs et caractérisée par une fragilité des tissus, une hyperlaxité articulaire, une hyperextensibilité et des défauts de cicatrisation de la peau ainsi que des altérations du système musculo-squelettique. L’objectif de ce travail de thèse est de comprendre les conséquences fonctionnelles et structurales des mutations de la β3GalT6 et leur rôle dans la pathogénie du SEDsp, (i) en réalisant une caractérisation moléculaire et fonctionnelle de la protéine recombinante humaine et (ii) en développant un modèle cellulaire déficient en β3GalT6 pour étudier l’impact des défauts génétiques sur les fonctions métaboliques des cellules, en particulier sur la synthèse des GAGs. La première partie du projet vise à la détermination de l’impact des mutations sur la fonction de la β3GalT6. Pour ce faire, nous avons produit dans la bactérie et purifié différentes formes tronquées solubles de la β3GalT6. Les essais enzymatiques ont permis de déterminer les constantes cinétiques KM et kcat de la protéine sauvage. La seconde partie de ce travail de thèse a été de réaliser un modèle cellulaire déficient en β3GalT6 en utilisant la technologie CRISPR/Cas9. Les clones déficients obtenus présentent (i) un très faible niveau d’expression de l’ARNm, (ii) une absence d’activité galactosyltransférase et (iii) un défaut de synthèse des GAGs endogènes ou à partir d’un substrat exogène xylosidique. A partir de ce travail, nous avons acquis une meilleure compréhension de l’implication de la β3GalT6 et du le lien entre la perte de fonction de la β3GalT6 et les conséquences métaboliques et cellulaires de cette déficience génétique. Ces résultats devraient aider les cliniciens dans la prise en charge et le suivi clinique des patients atteints de SEDsp
Proteoglycans (PGs) are major components of cell plasma membranes and extracellular matrix. These macromolecules play an important role in matrix organization of connective tissues and in cell signaling or embryonic and post-natal development. PGs are composed of glycosaminoglycan (GAG) chains covalently attached to a core protein through a tetrasaccharide linkage ßGlucuronic acid-ß1,3-Galactose-ß1,3-Galactose-ß1,4-Xylose-ß1-O-ß. The addition of the third residue (galactose) is catalyzed by the ß1,3-Galactosyltransferase 6 (ß3GalT6), a key glycosyltransferase in GAG initiation. Our group and others discovered that mutations of ß3GalT6 are associated to a spondylodysplastic form of Ehlers-Danlos Syndrome (spEDS), a severe connective tissue disorder characterized by skin and bone fragility, musculoskeletal malformations, delayed wound healing, joint hyperlaxity and intellectual disabilities. The objectives of this project is to understand the functional and structural consequences of ß3GalT6 mutations in the development of spEDS, (i) achieving the molecular and functional characterization of the recombinant human β3GalT6 and (ii) to develop cellular models (as ß3GalT6 KO cells) to study the impact of genetic deficiency on cells metabolism, precisely on GAGs synthesis. The first part of the project is dedicated to the determination of mutation impact on the ß3GalT6 function. For this, we produce and purify several truncated soluble forms of hß3GalT6 in fusion to Maltose Binding Protein. The enzymatic activity tests have determined a KM of 30 µM and a kcat of 0,05 min-1 on wild-type enzyme. ß3GalT6 mutants will be further analyzed using the same approach. The second part of the project is achieving to develop a ß3GalT6 deficient cell model using the CRISPR/Cas 9 technology. Deficient clones obtained present (i) a low level of RNA expression, (ii) an absence of galactosyltransferase activity and (iii) a defect on endogenous GAG synthesis or with exogenous substrate. We also analyze the capacity for WT β3GalT6 and two mutants (Asp207His and Gly217Ser) to restore GAGs synthesis in deficient cells. From this work, we better understand the implication of β3GalT6 in the pathology of spEDS and relationships between ß3GalT6 loss of function, cellular consequences of genetic defect. Those results linked with the severity of spEDS clinical symptoms observed in patients, would help clinicians with management and clinical monitoring of spEDS patients

La maladie d'Alzheimer (MA) et les démences frontotemporales (FTD) représentent les 2 premières causes de démences neurodégénératives. La MA est caractérisée par deux lésions cérébrales, les plaques séniles et les dégénérescences neurofibrillaires (DNF). Les plaques séniles sont des lésions extra-cellulaires constituées de peptide A, issus d'un précurseur protéique l'APP. Les DNF sont des lésions intra-neuronales dues à la protéine tau hyperphosphorylée qui s'agrège en paires de filaments appariées en hélice. Trois gènes ont été identifiés dans les formes autosomiques dominantes de la MA (ADEOAD) APP, PS1 et PS2. L'élévation du A est certainement l'évènement clé à l'origine de la pathogénèse de la MA. Ce mémoire présente les résultats qui nous ont permis (1) de révéler une contribution majeure des mutations du gène PS1 dans les ADEOAD (2) d'identifier un nouveau partenaire des PSs, Rab11 impliqué dans le trafic vésiculaire (3) d'identifier une nouvelle mutation au codon 715 de l'APP, qui est responsable d'un métabolisme anormal de l'APP avec une élévation des formes tronquées a(x42). Face à la controverse concernant l'importance des mutations de PS1 dans les ADEOAD nous avons déterminé que les mutations des gènes PS1 et APP sont, respectivement, responsables de 56 % et 16 % dans les familles françaises. En effet, nous avons identifié 17 mutations de PS1 dans 19 familles et 2 de l'APP dans 5 familles. En parallèle, nous avons étudié les effets biologiques des mutations de PS1 et identifié Rab11 qui interagit avec les PSS sauvages et la PS1 mutante (L392V). Nous pouvons imaginer un rôle des PSS via Rab11 dans le métabolisme de l'APP. Le gène impliqué dans les formes autosomiques dominantes des FTD est le gène tau. Dans ces formes, la protéine tau forme des inclusions dans le cortex cérébral frontal différentes des DNF. L'analyse du gène tau de 21 familles françaises atteintes de ces formes, nous a permis d'identifier une mutation faux sens P301l dans 6 familles.

Le Syndrome d’Ehlers-Danlos vasculaire (SEDv) est une pathologie génétique rare à transmission autosomique dominante. Les patients sont prédisposés à la survenue de ruptures vasculaires, digestives et utérines induisant une létalité précoce. Cette pathologie est due à des mutations du gène COL3A1 (codant le collagène de type III), majoritairement de type faux-sens, agissant via un mécanisme dominant négatif. Plus rarement, de larges délétions ou des mutations non-sens induisent une haplo-insuffisance. In fine, les conséquences de ces mutations portent essentiellement sur la synthèse du collagène de type III, aboutissant à une fragilité artérielle importante. A ce jour, aucun traitement curatif n’est disponible. L’inactivation du gène Col3a1 chez la souris entraine une mortalité in utero et néonatale quasi-systématique en cas d’homozygotie, mais les souris Col3a1+/- sont exemptes de phénotype vasculaire évident. Afin d’obtenir un modèle de dissection artérielle liée à un défaut de collagène de type III, une perfusion chronique d’Angiotensine II (Ang II) à dose pressive a été utilisée. Nos résultats montrent que l’haplo-insuffisance en collagène de type III confère une sensibilité artérielle majeure à l’Ang II. Cette fragilité est caractérisée par le développement de dissections/ruptures de l’aorte ascendante et induit des décès prématurés de ces animaux. Ce phénotype est lié non seulement à l’élévation de pression artérielle mais aussi à l’activation des voies de signalisation de l’Ang II. Enfin, nous montrons qu’un traitement associant un bêtabloquant (propranolol) et un vasodilatateur artériel (hydralazine) permet de réduire la mortalité induite par l’Ang II. Ces résultats suggèrent l’intérêt de l’ajout d’un traitement préventif par inhibiteur de l’Ang II au traitement bêtabloquant (Celiprolol) recommandé dans la pathologie humaine.Parallèlement, nous avons généré un modèle murin knock-in génétiquement plus proche des patients SEDv, par l’introduction d’une mutation ponctuelle faux-sens (Gly183Ser) observée chez un patient. L’analyse préliminaire de ce modèle montre que les souris Col3a1+/G183S décèdent spontanément, dès 4 semaines, de ruptures/dissections de l’aorte ascendante. Cependant, ces souris ne présentent de modification ni de leurs paramètres hémodynamiques, ni de leurs diamètres aortiques. En revanche, environ 20 % des souris Col3a1+/G183S présentent des plaies au niveau du dos et des pattes. Ce nouveau modèle de souris est actuellement le seul à récapituler aussi fidèlement le phénotype des patients SEDv. Il devrait donc permettre de tester différentes approches thérapeutiques
Vascular Ehlers-Danlos (vEDS) syndrome is a rare, inherited, autosomal dominant disease that results from mutations in the COL3A1 gene, encoding type III collagen. Patients are mostly affected by missense mutations probably acting through a dominant negative mechanism. A few patients present large deletions or nonsense mutations leading to a haploinsufficient mechanism. These mutations are supposed to lead to a defect in the synthesis and secretion of collagen type III, resulting in arterial wall fragility. Consequently, vEDS is mostly characterized by ruptures/dissections in arteries at a young age, which ultimately lead to premature death. While there is currently no surgical or therapeutic treatments available, a recent study reported the beneficial effect of the beta-blocker celiprolol, which prevents vascular complications in patients.To investigate the vascular phenotype of vEDS, a mouse model of this disease has been generated by the complete and ubiquitous inactivation of the COL3A1 gene. Col3a1-/- mice exhibit severe perinatal mortality and die prematurely from spontaneous vascular rupture. However, Col3a1+/- mice are viable and exhibit no obvious vascular phenotype. To determine the susceptibility of Col3a1+/- mice to develop vascular rupture/dissection, an experimental model of aneurysm induction was used, through the chronic infusion of Angiotensin II (Ang II). Our results showed that Ang II infusion led to severe premature mortality in Col3a1+/- compared to wild type. This fragility was characterized by the development of rupture/dissection in the ascending aorta. These lesions could be caused by the elevation of blood pressure and/or the activation of Ang II signaling pathways. We showed that treatment with a beta-blocker (propranolol) and an arterial vasodilator (hydralazine) reduced the mortality induced by Ang II in Col3a1+/- mice. These results suggest the beneficial effect of adding a preventive treatment inhibitor of Ang II to the beta-blocker treatment recommended in human pathology.Meanwhile, given that a majority of human vEDS cases is caused by missense mutations in the COL3A1 gene, we established a knock-in mouse model bearing a point mutation (Gly183Ser) found in vEDS patients. The preliminary characterization of this model showed that Col3a1+/G183S mice die spontaneously as early as 4 weeks of age from a dissection or rupture of the ascending aorta. However, these mice do not showed any changes of their hemodynamic parameters or aortic diameter. Furthermore, about 20 % of mouse Col3a1+/G183S display wounds in the back and legs. This new mouse model is currently the only that mimic more closely the human disease and could therefore be used to test different therapeutic strategies

Le syndrome d'Evans est défini par l'existence concomitante ou séquentielle de cytopénies auto-immunes, le plus souvent, anémie hémolytique et thrombopénie immunologique. Chez l'enfant, il peut être secondaire à une infection, une maladie auto-immune systémique ou un déficit immunitaire primitif. Alternativement, chez une grande partie des patients, l'étiologie n'est pas clairement identifiée. Les patients atteints de syndrome d'Evans présentent parfois d'autres atteintes, telles une auto-immunité d'organe, une lymphoprolifération bénigne ou un déficit immunitaire. L'objectif de ce travail était d'identifier des causes génétiques chez des enfants présentant un syndrome d'Evans sans étiologie sous-jacente identifiée. Nous avons centré notre étude sur des formes sévères à début pédiatrique en faisant l'hypothèse qu'une maladie monogénique serait plus fréquente dans ce groupe de patients. Nous avons mis à profit les technologies de séquençage haut débit « nouvelle génération » (NGS) pour réaliser et analyser le séquençage de l'exome de patients et de certains de leurs apparentés afin de mettre en évidence des gènes candidats potentiels. Ce travail a permis l'identification de 4 gènes candidats : LRBA, CTLA-4, STAT3 (mutations gain de fonction) et NFKBIA. L'implication des 3 premiers gènes dans de nouvelles maladies monogéniques où l'auto-immunité est au premier plan a été confirmée par d'autres équipes au cours de ce travail. Pour chacun de ces gènes, nous avons poursuivi 2 objectifs complémentaires : d'une part, tenter de valider l'implication des gènes identifiés dans la maladie des patients. Nous avons pour cela utilisé des approches et techniques variées : biochimie et protéomique afin d'identifier des partenaires protéiques, microscopie confocale pour localiser les protéines et leurs interactions, tests cellulaires in vitro pour mettre en évidence un défaut fonctionnel, marquages en cytométrie en flux pour identifier des modifications dans les sous-populations lymphocytaires. D'autre part, nous avons recherché d'autres mutations de ces gènes chez des patients de phénotype clinique similaire. Nous avons ainsi constitué et exploré 3 cohortes de patients présentant des mutations de LRBA, CTLA-4 ou STAT3. Nous avons rassemblé une cohorte de 18 patients porteurs d'une mutation de LRBA, répartis dans 11 familles. Cela nous a permis de préciser et d'étendre le spectre clinique de cette maladie de découverte récente, avec en particulier des atteintes articulaires sévères s'associant à un diabète précoce, ou des entéropathies. Nous avons identifié 15 nouvelles mutations de transmission autosomique récessive dans le gène LRBA, codant une protéine de fonction inconnue dont l'absence entraine une maladie principalement caractérisée par une poly-auto-immunité. Nous avons identifié 29 partenaires protéiques potentiels de LRBA et précisé la localisation de LRBA dans les différents compartiments cellulaires. Nous avons également établi une cohorte de 12 patients dans 10 familles présentant un déficit en CTLA-4 par haplo-insuffisance. Au delà de la mise en évidence de 9 nouvelles mutations, nous avons décrit une famille où la variation est transmise de façon autosomique récessive. Dans les déficits en LRBA et CTLA-4, nous avons mis en évidence une diminution du pourcentage de lymphocytes T régulateurs parmi les PBMC et une diminution de l'expression de CTLA-4 dans les lymphocytes T activés. Ceci corrobore l'interaction entre ces 2 protéines décrite en parallèle par une autre équipe. Nous avons montré que les spectres cliniques des déficits en LRBA et CTLA-4, fortement chevauchant dans les premières descriptions publiées, pourraient se différencier, malgré l'implication des lymphocytes T régulateurs dans ces 2 maladies. (...)
Evans syndrome is defined by the occurence of autoimmune cytopenias, either at the same time or sequential, mainly autoimmune hemolytic anemia and immune thrombocytopenia. In children, it may be secondary to infections, systemic autoimmune disease, or primary immune deficiency, though in most patients, its etiology isn't obvious. Patients affected with Evans syndrome can also present other features, such as autoimmunity toward a particular organ, benign lymphoproliferation or immunodeficiency. The main goal of this work was to identify genetic causes in children presenting an Evans syndrome without a known underlying etiology. We focused our study on severe, early onset forms of the disease, with the hypothesis that a monogenic disease would be more frequent in this group of patients. Taking advantage of high throughput "Next Generation" sequencing (NGS) techniques, we sequenced and analyzed exome from patients and their relatives in search for adequate candidate genes. We identified 4 candidate genes: LRBA, CTLA-4, STAT3 (gain-of-function mutations), and NFKBA. Implication of the first 3 genes in new monogenic diseases with autoimmunity as a key feature was also confirmed by others during the course of this work. For each gene, we pursued 2 complementary goals: First, we sought to validate the implication of the gene in the patients' disease. To do so, we used various techniques and approaches: biochemistry and proteomics to identify protein partners, confocal microscopy to localize proteins and interactions, in vitro cellular assays to bring to light functional defect, flow cytometry to identify changes in lymphocytes subpopulations. We also looked for other mutations of each gene in patients with a similar clinical presentation. Hence we created and explored 3 cohorts of patients presenting with mutations of LRBA, CTLA-4 or STAT3. We constituted a cohort of 18 patients with LRBA mutations within 11 families. We then were able to precise and extend the clinical spectrum of this recently described disease. In particular, we observed patients with severe chronic arthritis associated with diabetes mellitus or enteropathies. We identified 15 new mutations of autosomal recessive transmission in the LRBA gene, coding a protein of unknown function, which absence is responsible for a disease mainly characterized by autoimmune features. We identified 29 candidate protein partners of LRBA and precized LRBA localisation in cell compartiments. We also established a cohort of 12 patients within 10 families presenting CTLA-4 haploinsufficiency. Beyond describing 9 new mutations, we report a family with autosomal recessive transmission.In LRBA and CTLA-4 deficiencies, we showed a decrease of regulatory T lymphocyte subset proportion among PBMC and a decrease of CTLA-4 expression in activated T cells. These results support the interaction between these 2 proteins, described concurrently by another team. We showed that the clinical spectra of these 2 diseases, although widely overlapping in first published reports, could be different despite a role of regulatory T cells in both. Hence, organ-specific autoimmunity and lymphoproliferation are more frequent in LRBA deficiency whereas granuloma and hypogammaglobulinemia are more present in CTLA-4 deficiency. Theses results suggests a role of genetic modifyers, which remain to identify. Among our cohort of patients with Evans syndrome, we also identified 5 patients within 5 families presenting gain-of-function mutations of STAT3. 3 of those mutations were reported by others during our work and appeared de novo in our patients. Functional validation of the 4th one is in progress. The last mutation follows a recessive transmission and could exemplify a new transmission modality of this disease. (...)

L’analyse statistique des données corrélées permet l'étude des schémas d'échantillonnage comportan une structure de groupe. Les modèles marginaux et à effets mixtes, qui constituent des extensions des modèles linéaires généralisés, ont été proposés dans ce contexte pour prendre en compte la non indépendance des observations. Nous considérons deux approches : une inférence bayésienne des modèles à effets mixtes par les méthodes de Monte Carlo par chaînes de Markov (MCMC) et une méthode de régression arborescente (CART) pour l'analyse des données censurées corrélées. La première partie est consacrée à l'étude de l’approche bayésienne par les méthodes MCMC. Les principes de l'inférence bayésienne, des méthodes MCMC et leurs apports lors des étapes-clés d'une analyse de régression (estimation, comparaison, adéquation des modèles et étude de prédiction) sont étudiés. Cette méthode d'estimation est utilisée pour l'étude des accidents allergiques survenant au cours d'échanges plasmatiques. Nous proposons dans la seconde partie une nouvelle méthode de type CART pour l'analyse des données censurées corrélées. Cette méthode utilise des tests du log-rank robustes à une spécification inadéquate de la structure de corrélation des données, et un critère BIC corrigé pour le choix de l'arbre final. La méthode développée a été étudiée par simulation et appliquée à des données réelles concernant une maladie génétique, le Syndrome d'Alport.