Bases moléculaires et cellulaires d’un trouble neurodéveloppemental causé par l’haploinsuffisance de SYNGAP1

La déficience intellectuelle est la cause d’handicap la plus fréquente chez l’enfant. De nombreuses évidences convergent vers l’idée selon laquelle des altérations dans les gènes synaptiques puissent expliquer une fraction significative des affections neurodéveloppementales telles que la déficience intellectuelle ou encore l’autisme. Jusqu’à récemment, la majorité des mutations associées à la déficience intellectuelle a été liée au chromosome X ou à la transmission autosomique récessive. D’un autre côté, plusieurs études récentes suggèrent que des mutations de novo dans des gènes à transmission autosomique dominante, requis dans les processus de la plasticité synaptique peuvent être à la source d’une importante fraction des cas de déficience intellectuelle non syndromique. Par des techniques permettant la capture de l’exome et le séquençage de l’ADN génomique, notre laboratoire a précédemment reporté les premières mutations pathogéniques dans le gène à transmission autosomique dominante SYNGAP1. Ces dernières ont été associées à des troubles comportementaux tels que la déficience intellectuelle, l’inattention, des problèmes d’humeur, d’impulsivité et d’agressions physiques. D’autres patients sont diagnostiqués avec des troubles autistiques et/ou des formes particulières d’épilepsie généralisée. Chez la souris, le knock-out constitutif de Syngap1 (souris Syngap1+/-) résulte en des déficits comme l’hyperactivité locomotrice, une réduction du comportement associée à l’anxiété, une augmentation du réflexe de sursaut, une propension à l’isolation, des problèmes dans le conditionnement à la peur, des troubles dans les mémoires de travail, de référence et social. Ainsi, la souris Syngap1+/- représente un modèle approprié pour l’étude des effets délétères causés par l’haploinsuffisance de SYNGAP1 sur le développement de circuits neuronaux. D’autre part, il est de première importance de statuer si les mutations humaines aboutissent à l’haploinsuffisance de la protéine. SYNGAP1 encode pour une protéine à activité GTPase pour Ras. Son haploinsuffisance entraîne l’augmentation des niveaux d’activité de Ras, de phosphorylation de ERK, cause une morphogenèse anormale des épines dendritiques et un excès dans la concentration des récepteurs AMPA à la membrane postsynaptique des neurones excitateurs. Plusieurs études suggèrent que l’augmentation précoce de l’insertion des récepteurs AMPA au sein des synapses glutamatergiques contribue à certains phénotypes observés chez la souris Syngap1+/-. En revanche, les conséquences de l’haploinsuffisance de SYNGAP1 sur les circuits neuronaux GABAergiques restent inconnues. Les enjeux de mon projet de PhD sont: 1) d’identifier l’impact de mutations humaines dans la fonction de SYNGAP1; 2) de déterminer si SYNGAP1 contribue au développement et à la fonction des circuits GABAergiques; 3) de révéler comment l’haploinsuffisance de Syngap1 restreinte aux circuits GABAergiques affecte le comportement et la cognition. Nous avons publié les premières mutations humaines de type faux-sens dans le gène SYNGAP1 (c.1084T>C [p.W362R]; c.1685C>T [p.P562L]) ainsi que deux nouvelles mutations tronquantes (c.2212_2213del [p.S738X]; c.283dupC [p.H95PfsX5]). Ces dernières sont toutes de novo à l’exception de c.283dupC, héritée d’un père mosaïque pour la même mutation. Dans cette étude, nous avons confirmé que les patients pourvus de mutations dans SYNGAP1 présentent, entre autre, des phénotypes associés à des troubles comportementaux relatifs à la déficience intellectuelle. En culture organotypique, la transfection biolistique de l’ADNc de Syngap1 wild-type dans des cellules pyramidales corticales réduit significativement les niveaux de pERK, en fonction de l’activité neuronale. Au contraire les constructions plasmidiques exprimant les mutations W362R, P562L, ou celle précédemment répertoriée R579X, n’engendre aucun effet significatif sur les niveaux de pERK. Ces résultats suggèrent que ces mutations faux-sens et tronquante résultent en la perte de la fonction de SYNGAP1 ayant fort probablement pour conséquences d’affecter la régulation du développement cérébral. Plusieurs études publiées suggèrent que les déficits cognitifs associés à l’haploinsuffisance de SYNGAP1 peuvent émerger d’altérations dans le développement des neurones excitateurs glutamatergiques. Toutefois, si, et auquel cas, de quelle manière ces mutations affectent le développement des interneurones GABAergiques résultant en un déséquilibre entre l’excitation et l’inhibition et aux déficits cognitifs restent sujet de controverses. Par conséquent, nous avons examiné la contribution de Syngap1 dans le développement des circuits GABAergiques. A cette fin, nous avons généré une souris mutante knockout conditionnelle dans laquelle un allèle de Syngap1 est spécifiquement excisé dans les interneurones GABAergiques issus de l’éminence ganglionnaire médiale (souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+). En culture organotypique, nous avons démontré que la réduction de Syngap1 restreinte aux interneurones inhibiteurs résulte en des altérations au niveau de leur arborisation axonale et dans leur densité synaptique. De plus, réalisés sur des coupes de cerveau de souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+, les enregistrements des courants inhibiteurs postsynaptiques miniatures (mIPSC) ou encore de ceux évoqués au moyen de l’optogénétique (oIPSC) dévoilent une réduction significative de la neurotransmission inhibitrice corticale. Enfin, nous avons comparé les performances de souris jeunes adultes Syngap1+/-, Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+ à celles de leurs congénères contrôles dans une batterie de tests comportementaux. À l’inverse des souris Syngap1+/-, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+ ne présentent pas d’hyperactivité locomotrice, ni de comportement associé à l’anxiété. Cependant, elles démontrent des déficits similaires dans la mémoire de travail et de reconnaissance sociale, suggérant que l’haploinsuffisance de Syngap1 restreinte aux interneurones GABAergiques dérivés de l’éminence ganglionnaire médiale récapitule en partie certains des phénotypes cognitifs observés chez la souris Syngap1+/-. Mes travaux de PhD établissent pour la première fois que les mutations humaines dans le gène SYNGAP1 associés à la déficience intellectuelle causent la perte de fonction de la protéine. Mes études dévoilent, également pour la première fois, l’influence significative de ce gène dans la régulation du développement et de la fonction des interneurones. D’admettre l’atteinte des cellules GABAergiques illustre plus réalistement la complexité de la déficience intellectuelle non syndromique causée par l’haploinsuffisance de SYNGAP1. Ainsi, seule une compréhension raffinée de cette condition neurodéveloppementale pourra mener à une approche thérapeutique adéquate.

An analysis of clinical characteristics in genetically linked migraine-affected pedigrees

Migraine is a common complex disorder characterized by severe recurrent headache and usually accompanied by nausea and vomiting. Previous studies in our laboratory have utilized three large multigenerational Australian pedigrees affected with migraine to indicate that the disease is genetically heterogeneous, with linkage results implicating genomic susceptibility regions on both chromosomes 19p and Xq. The present study explores the possibility of a correlation between genetic and clinical heterogeneity in these affected pedigrees. Specifically, the clinical characteristics of migraine including subtype, age of onset, frequency, duration, and disease symptoms were compared between the migraine pedigrees, and gender differences were also assessed. Our exploratory analyses revealed no significant differences in any of the clinical characteristics tested between the chromosome 19-linked family and the two X-linked families. Also, we did not detect any differences in male vs. female clinical features for these pedigrees. In conclusion, migraine is considered to be a clinically and genetically heterogeneous disorder; however, our study provided no conclusive evidence that variation in genomic susceptibility region is related to heterogeneity at the clinical level in these migraine-affected pedigrees.

Authors' institutional affiliations in Australian intellectual and developmental disabilities journals: a comparison of two decades

The generation of new knowledge through research can contribute significantly to the improvement of services for individuals with intellectual and developmental disabilities. This study extends a previous study by Sigafoos, Roberts, and Couzens [Aust. N.Z.J. Dev. Disabil. 17 (1991) 331] by examining research productivity in intellectual and developmental disability in Australian journals for 1990-1999. Institutions that published research articles on intellectual and developmental disabilities in Australian journals in the 1990s were identified by noting the affiliations of authors. The most productive institutions were primarily universities in Australia and the United States of America. Publication trends in the decade of the 1990s are compared with trends of the previous decade (1980-1990). (C) 2003 Published by Elsevier Ltd.

Knowledge and understanding of choice diversity of residential care staff working with individuals with intellectual disabilities

The present study aimed to trial the effectiveness of 10 newly developed brief vignettes portraying typical interactions between staff and people with intellectual disabilities in residential care settings to assess the knowledge and understanding of staff about choice diversity, pre- and post-attendance at a staff training workshop. A total of 29 residential staff completed the Vignette Rating Scale and a knowledge questionnaire pre- and post-training. A t- test conducted on the vignettes revealed that respondents identified fewer choices in the post-test vignettes compared to the pre-test vignettes. Results showed no significant difference between the pre- and post-test data on the knowledge questionnaire. The questionnaire revealed a high level of knowledge about choice prior to and following training. The vignettes, however, proved effective in measuring changes in awareness of choice diversity among residential staff following participation in a staff training workshop.

Factors associated with high anticholinergic burden in aging adults with intellectual disabilities:a cross-sectional study

Background: Anticholinergic (AC) medications are associated with cognitive and functional decline in older people, with risk of adverse outcomes increasing with increasing AC exposure. Older people with intellectual disabilities are at increased risk of high AC exposure owing to higher prevalence of multimorbidity, particularly psychiatric morbidities. Objectives: The aims of this study were to determine individual’s AC exposure using the AC cognitive burden (ACB) scale, identify therapeutic classes contributing to burden and determine clinical and demographic factors associated with two levels of AC exposure (ACB score 1–4, ACB 5+). Methods: Cross-sectional (self-report/proxy report)medication data were drawn from Wave 1 of the Intellectual Disability Supplement to the Irish Longitudinal Study on Ageing, a study on ageing of 753nationally representative people with ID aged over40 randomly selected from the National Intellectual Disability Database. Medication data were available for 736 (98%). Each individual’s cumulative AC exposure was calculated using the ACB. Multinomiallogistic regression was performed identifying clinical and demographic factors associated with ACB score1–4, and ACB 5+. Results: In the eligible population of 736 participants(mean (±SD) age 54.1 (±8.8) years,55% female), 522(70.9%) were exposed to an ACB medicine (ACB 1+); 214 (29%) had an ACB score of 5+; mean total ACB score= 4.5 (±3.0). Antipsychotics accounted for35.6% of the cumulative ACB score. Age over 65yearswas associated with increased likelihood of both levels of AC exposure (ACB 1–4—adjusted OR 3.28; 95%CI 1.49–7.25, ACB 5+—adjusted OR 3.08; 95%CI1.21–7.63) and having a mental health condition(ACB 1–4—adjusted OR 9.79; 95%CI 5.63–17.02, ACB 5+—adjusted OR 23.74; 95%CI 12.29–45.83). Conclusions: Using a simple cumulative measure proved an effective means to capture total burden and established that AC exposure was high and associated with older age and mental health morbidity. This highlights need for comprehensive medication reviews for older people with intellectual disabilities.

Remédiation cognitive portant sur les aspects fluide et cristallisé de l’intelligence auprès d'adolescents présentant un fonctionnement intellectuel limite : approche par le jeu.

L’objectif principal de cette thèse était de créer, d’implanter et d’évaluer l’efficacité d’un programme de remédiation cognitive, intervenant de façon comparable sur les aspects fluide (Gf) et cristallisé (Gc) de l’intelligence, au sein d’une population d’intérêt clinique, les adolescents présentant un fonctionnement intellectuel limite (FIL). Compte tenu de la forte prévalence de ce trouble, le programme de remédiation GAME (Gains et Apprentissages Multiples pour Enfant) s’est développé autour de jeux disponibles dans le commerce afin de faciliter l’accès et l’implantation de ce programme dans divers milieux. Le premier article de cette thèse, réalisé sous forme de revue systématique de la littérature, avait pour objectif de faire le point sur les études publiées utilisant le jeu comme outil de remédiation cognitive dans la population pédiatrique. L’efficacité, ainsi que la qualité du paradigme utilisé ont été évaluées, et des recommandations sur les aspects méthodologiques à respecter lors de ce type d’étude ont été proposées. Cet article a permis une meilleure compréhension des écueils à éviter et des points forts méthodologiques à intégrer lors de la création du programme de remédiation GAME. Certaines mises en garde méthodologiques relevées dans cet article ont permis d’améliorer la qualité du programme de remédiation cognitive développé dans ce projet de thèse. Compte tenu du peu d’études présentes dans la littérature scientifique concernant la population présentant un FIL (70

Children with intellectual disabilities’ perceptions of their participation in activities in everyday life – a pilot study : A minor field study conducted in Ethiopia

Background: Children with disabilities living in low and middle income countries’ perceptions of participation are not shown in research. These perceptions are important for providing appropriate interventions. Aim: To describe how children aged 8-12 with an intellectual disability living in Ethiopia perceive their situation regarding participation in activities in everyday life. Method: A descriptive design with a quantitative approach was used. The sample was gathered using consecutive sampling. Fifteen structured interviews were conducted, using “Picture my participation,” an instrument under development. Analyses were made using SPSS Statistics and Microsoft Excel. Results: The children perceived that they participated in activities in everyday life. There was a broad variation in the activities the children prioritized as most important. On a group level, they were very involved in these activities. The majority did not experience any barriers to perform these activities. Conclusions: The perceptions of the majority of the children were that they were involved in daily activities. They did not experience any barriers to participation. The results should be read with caution and generalization is not possible, due to the sample characteristics and that the instrument is under development.

Remédiation cognitive portant sur les aspects fluide et cristallisé de l’intelligence auprès d'adolescents présentant un fonctionnement intellectuel limite : approche par le jeu

L’objectif principal de cette thèse était de créer, d’implanter et d’évaluer l’efficacité d’un programme de remédiation cognitive, intervenant de façon comparable sur les aspects fluide (Gf) et cristallisé (Gc) de l’intelligence, au sein d’une population d’intérêt clinique, les adolescents présentant un fonctionnement intellectuel limite (FIL). Compte tenu de la forte prévalence de ce trouble, le programme de remédiation GAME (Gains et Apprentissages Multiples pour Enfant) s’est développé autour de jeux disponibles dans le commerce afin de faciliter l’accès et l’implantation de ce programme dans divers milieux. Le premier article de cette thèse, réalisé sous forme de revue systématique de la littérature, avait pour objectif de faire le point sur les études publiées utilisant le jeu comme outil de remédiation cognitive dans la population pédiatrique. L’efficacité, ainsi que la qualité du paradigme utilisé ont été évaluées, et des recommandations sur les aspects méthodologiques à respecter lors de ce type d’étude ont été proposées. Cet article a permis une meilleure compréhension des écueils à éviter et des points forts méthodologiques à intégrer lors de la création du programme de remédiation GAME. Certaines mises en garde méthodologiques relevées dans cet article ont permis d’améliorer la qualité du programme de remédiation cognitive développé dans ce projet de thèse. Compte tenu du peu d’études présentes dans la littérature scientifique concernant la population présentant un FIL (70

Rett syndrome

Rett syndrome is one of the most common causes of complex disability in girls. It is characterized by early neurological regression that severely affects motor, cognitive and communication skills, by autonomic dysfunction and often a seizure disorder. It is a monogenic X-linked dominant neurodevelopmental disorder related to mutation in MECP2, which encodes the methyl-CpG-binding protein MeCP2. There are several mouse models either based on conditional knocking out of the Mecp2 gene or on a truncating mutation. We discuss the clinical aspects with special emphasis on the behavioral phenotype and we review current perspectives in clinical management alongside with perspectives in altering gene expression. Copyright © 2012 S. Karger AG, Basel.

Large national series of patients with Xq28 duplication involving MECP2: Delineation of brain MRI abnormalities in 30 affected patients.

Xq28 duplications encompassing MECP2 have been described in male patients with a severe neurodevelopmental disorder associated with hypotonia and spasticity, severe learning disability, stereotyped movements, and recurrent pulmonary infections. We report on standardized brain magnetic resonance imaging (MRI) data of 30 affected patients carrying an Xq28 duplication involving MECP2 of various sizes (228 kb to 11.7 Mb). The aim of this study was to seek recurrent malformations and attempt to determine whether variations in imaging features could be explained by differences in the size of the duplications. We showed that 93% of patients had brain MRI abnormalities such as corpus callosum abnormalities (n = 20), reduced volume of the white matter (WM) (n = 12), ventricular dilatation (n = 9), abnormal increased hyperintensities on T2-weighted images involving posterior periventricular WM (n = 6), and vermis hypoplasia (n = 5). The occipitofrontal circumference varied considerably between >+2SD in five patients and <-2SD in four patients. Among the nine patients with dilatation of the lateral ventricles, six had a duplication involving L1CAM. The only patient harboring bilateral posterior subependymal nodular heterotopia also carried an FLNA gene duplication. We could not demonstrate a correlation between periventricular WM hyperintensities/delayed myelination and duplication of the IKBKG gene. We thus conclude that patients with an Xq28 duplication involving MECP2 share some similar but non-specific brain abnormalities. These imaging features, therefore, could not constitute a diagnostic clue. The genotype-phenotype correlation failed to demonstrate a relationship between the presence of nodular heterotopia, ventricular dilatation, WM abnormalities, and the presence of FLNA, L1CAM, or IKBKG, respectively, in the duplicated segment.

Repeated Reading Strategy for Students with Intellectual Disabilities

Repeated Reading Strategy used with Intellectually Disabled Students in order to increase reading fluency and comprehension.

Repeated Readings to Promote Fluency for Students with Intellectual Disabilities

Reading fluency is a skill that’s difficult for many students to acquire. However, research suggests that consistently implementing the Repeated Reading intervention can help students increase fluency and comprehension. The effect of this strategy when used to promote reading fluency in secondary students with severe intellectual disabilities has yet to be investigated. My research will examine the effect of the Repeated Reading intervention on the fluency level of students with intellectual disabilities in a public high school.

Parental Adjustment to Disability, Stress Indicators and the Influence of Social Support

Research into families of children and young people with disability maintain that parents or caregivers seem to experience higher levels of global stress than parents of children without disabilities, thereby presenting a high risk of developing disorders in their health and quality of life. The aim of this study is to understand the differences in parental stress and social support among groups of parents whose children have different disabilities in the context of parental adjustment to disability. Considering that adjustment is related to the effectiveness with which the family uses its resources and the support of their social network, we intend to analyse the differences of stress and social support among groups of parents of children with different problems and to clarify the relationships between the variables under study in order to adapt family intervention strategies. For this purpose a comparative, descriptive-correlational study was undertaken. The convenience sample included 152 parents of children with different disabilities (82 with intellectual disability, 37 with motor problems and 33 with autism) supported by schools and institutions in Viseu. The instruments used were: a Portuguese version of the Parenting Stress Index (Abidin, 1995), the Social Support Questionnaire – short version (Pinheiro & Ferreira, 2001) and a Parental Questionnaire (demographic and family data). Data were collected in schools and institutions that support people with disabilities, located in the Municipality of Viseu (Portugal). The results revealed significant differences between groups of parents in the partial results of parental stress, specifically in the Hyperactivity/Distract (DI), Acceptability (AC) and Adaptability (AD), dimensions of the Child Domain subscale (CD stress) and the Role Restriction (RO), dimension of Parent Domain subscale (PD stress). With regard to social support dimensions, we found significant differences between parents in the extent and availability of the social support network (SSQN).

Estado de las enfermedades raras que cursan con discapacidad intelectual en Colombia

Las enfermedades raras o huérfano son una problemática que ha tomado mucha importancia en el contexto mundial del presente siglo, estas se han definido como crónicas, de difícil tratamiento de sus síntomas y con baja prevalencia en la población; muchas de estas enfermedades cursan con varios tipos de discapacidad, siendo el objetivo del presente trabajo el enfocarse en aquellas enfermedades raras que cursan con discapacidad intelectual. Para poder profundizar en estas enfermedades se realizó una revisión teórica sobre las enfermedades raras, así como de la discapacidad psíquica y su importancia a nivel mundial y nacional. A partir de estas definiciones, se revisaron en profundidad 3 enfermedades raras que cursan con discapacidad intelectual en el contexto colombiano, como son: el síndrome de Rett, el síndrome de Prader-Willi y el síndrome de X frágil. En cada una de estas enfermedades además se explicaron los tipos de diagnóstico, intervención, prevención, grupos de apoyo y tipos de evaluación que más se usan en el contexto nacional

Genotype-phenotype correlation in trisomy 21

Down syndrome (DS) or trisomy 21 (T21) is the most common genetic cause of intellectual disability (ID). Subjects with DS are characterized by complex and variable clinical features including intellectual disability (ID) and craniofacial dysmorphisms. The aim of the thesis is to uncover genotype-phenotype relationships in DS possibly useful to devise therapies based on molecular and cellular mechanisms. In this work, we have investigated different aspects of DS: - we have collected clinical data of children with DS and we have evaluated the cognitive impairment through specific cognitive tests - we have analysed genomics of DS through the study of partial trisomy (PT21) cases. We have described new PT21 cases confirming the hypothesis of the highly restricted DS critical region (HR-DSCR) recently identified as the minimal region whose duplication is shared by all PT21 subjects diagnosed with DS, while it is absent in all PT21 non-DS subjects. Moreover, we have characterized new transcripts included in the HR-DSCR; - we have studied gene expression through RNAseq in blood cells of children with DS; -metabolic alterations in plasma of children with DS were identified through different methods: Nuclear Magnetic resonance, routine blood exams performed during the follow up of the subjects and enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA); - to test possible correlations between specific Hsa21 regions and alterations in transcriptomics and metabolomics, we have used trisomic iPSCs and differentiated them into neuronal derivatives. Significant alterations in gene expression and metabolic profiles have been identified, as well as significant correlations with clinical and cognitive aspects. Specific genes and the HR-DSCR may play a role in these alterations: cell models need to be developed to investigate this role. Neural derivatives from trisomic iPSCs are a promising model to better understand genotype-phenotype correlations in DS.