Novel TBK1 truncating mutation in a familial amyotrophic lateral sclerosis patient of Chinese origin

Missense and frameshift mutations in TRAF family member-associated NF-kappa-B activator (TANK)-binding kinase 1 (TBK1) have been reported in European sporadic and familial amyotrophic lateral sclerosis (ALS) cohorts. To assess the role of TBK1 in ALS patient cohorts of wider ancestry, we have analyzed whole-exome sequence data from an Australian cohort of familial ALS (FALS) patients and controls. We identified a novel TBK1 deletion (c.1197delC) in a FALS patient of Chinese origin. This frameshift mutation (p.L399fs) likely results in a truncated protein that lacks functional domains required for adapter protein binding, as well as protein activation and structural integrity. No novel or reported TBK1 mutations were identified in FALS patients of European ancestry. This is the first report of a TBK1 mutation in an ALS patient of Asian origin and indicates that sequence variations in TBK1 are a rare cause of FALS in Australia. © 2015 Elsevier Inc.

Leukoencephalopathies in childhood : Delineation of phenotypes

Within the last 15 years, several new leukoencephalopathies have been recognized. However, more than half of children with cerebral white matter abnormalities still have no specific diagnosis. Our aim was to classify unknown leukoencephalopathies and to identify new diseases among them. During the study, three subgroups of patients were delineated and examined further. First, we evaluated 38 patients with unknown leukoencephalopathy. Brain MRI findings were grouped into seven categories according to the predominant location of the abnormalities. The largest subgroups were myelination abnormalities (n=20) and periventricular white matter abnormalities (n=12). Six patients had uniform MRI findings with signal abnormalities in hemispheric white matter and in selective brain stem and spinal cord tracts. Magnetic resonance spectroscopy (MRS) showed elevated lactate and decreased N-acetylaspartate in the abnormal white matter. The patients presented with ataxia, tremor, distal spasticity, and signs of dorsal column dysfunction. This phenotype - leukoencephalopathy with brain stem and spinal cord involvement and elevated white matter lactate (LBSL) - was first published elsewhere in 2003. A new finding was development of a mild axonal neuropathy. The etiopathogenesis of this disease is unknown, but elevated white matter lactate in MRS suggests a mitochondrial disorder. Secondly, we studied 22 patients with 18q deletions. Clinical and MRI findings were correlated with molecularly defined size of the deletion. All patients with deletions between markers D18S469 and D18S1141 (n=18) had abnormal myelination in brain MRI, while four patients with interstitial deletions sparing that region, had normal myelination pattern. Haploinsufficiency of myelin basic protein is suggested to be responsible for this dysmyelination. Congenital aural atresia/stenosis was found in 50% of the cases and was associated with deletions between markers D18S812 (at 18q22.3) and D18S1141 (at q23). Last part of the study comprised 13 patients with leukoencephalopathy and extensive cerebral calcifications. They showed a spectrum of findings, including progressive cerebral cysts, retinal telangiectasias and angiomas, intrauterine growth retardation, skeletal and hematologic abnormalities, and severe intestinal bleeding, which overlap with features of the previously reported patients with "Coats plus" syndrome and "leukoencephalopathy with calcifications and cysts", suggesting that these disorders are related. All autopsied patients had similar neuropathologic findings showing calcifying obliterative microangiopathy. Our patients may represent an autosomally recessively inherited disorder because there were affected siblings and patients of both sexes. We have started genealogic and molecular genetic studies of this disorder.

ATM, RAD50 and p53 in breast cancer

Breast cancer is the most commonly occurring cancer among women, and its incidence is increasing worldwide. Positive family history is a well established risk factor for breast cancer, and it is suggested that the proportion of breast cancer that can be attributed to genetic factors may be as high as 30%. However, all the currently known breast cancer susceptibility genes are estimated to account for 20-30% of familial breast cancer, and only 5% of the total breast cancer incidence. It is thus likely that there are still other breast cancer susceptibility genes to be found. Cellular responses to DNA damage are crucial for maintaining genomic integrity and preventing the development of cancer. The genes operating in DNA damage response signaling network are thus good candidates for breast cancer susceptibility genes. The aim of this study was to evaluate the role of three DNA damage response associated genes, ATM, RAD50, and p53, in breast cancer. ATM, a gene causative for ataxia telangiectasia (A-T), has long been a strong candidate for a breast cancer susceptibility gene because of its function as a key DNA damage signal transducer. We analyzed the prevalence of known Finnish A-T related ATM mutations in large series of familial and unselected breast cancer cases from different geographical regions in Finland. Of the seven A-T related mutations, two were observed in the studied familial breast cancer patients. Additionally, a third mutation previously associated with breast cancer susceptibility was also detected. These founder mutations may be responsible for excess familial breast cancer regionally in Northern and Central Finland, but in Southern Finland our results suggest only a minor effect, if any, of any ATM genetic variants on familial breast cancer. We also screened the entire coding region of the ATM gene in 47 familial breast cancer patients from Southern Finland, and evaluated the identified variants in additional cases and controls. All the identified variants were too rare to significantly contribute to breast cancer susceptibility. However, the role of ATM in cancer development and progression was supported by the results of the immunohistochemical studies of ATM expression, as reduced ATM expression in breast carcinomas was found to correlate with tumor differentiation and hormone receptor status. Aberrant ATM expression was also a feature shared by the BRCA1/2 and the difficult-to-treat ER/PR/ERBB2-triple-negative breast carcinomas. From the clinical point of view, identification of phenotypic and genetic similarities between the BRCA1/2 and the triple-negative breast tumors could have an implication in designing novel targeted therapies to which both of these classes of breast cancer might be exceptionally sensitive. Mutations of another plausible breast cancer susceptibility gene, RAD50, were found to be very rare, and RAD50 can only be making a minor contribution to familial breast cancer predisposition in UK and Southern Finland. The Finnish founder mutation RAD50 687delT seems to be a null allele and may carry a small increased risk of breast cancer. RAD50 is not acting as a classical tumor suppressor gene, but it is possible that RAD50 haploinsufficiency is contributing to cancer. In addition to relatively rare breast cancer susceptibility alleles, common polymorphisms may also be associated with increased breast cancer risk. Furthermore, these polymorphisms may have an impact on the progression and outcome of the disease. Our results suggest no effect of the common p53 R72P polymorphism on familial breast cancer risk or breast cancer risk in the population, but R72P seems to be associated with histopathologic features of the tumors and survival of the patients; 72P homozygous genotype was an independent prognostic factor among the unselected breast cancer patients, with a two-fold increased risk of death. These results present important novel findings also with clinical significance, as codon 72 genotype could be a useful additional prognostic marker in breast cancer, especially among the subgroup of patients with wild-type p53 in their tumors.

Radiosensitivity to high energy iron ions is influenced by heterozygosity for Atm, Rad9 and Brca1

Loss of function of DNA repair genes has been implicated in the development of many types of cancer. In the last several years, heterozygosity leading to haploinsufficiency for proteins involved in DNA repair was shown to play a role in genomic instability and carcinogenesis after DNA damage is induced, for example by ionizing radiation. Since the effect of heterozygosity for one gene is relatively small, we hypothesize that predisposition to cancer could be a result of the additive effect of heterozygosity for two or more genes critical to pathways that control DNA damage signaling, repair or apoptosis. We investigated the role of heterozygosity for Aim, Rad9 and Brad on cell oncogenic transformation and cell survival induced by 1 GeV/n Fe-56 ions. Our results show that cells heterozygous for both Aim and Rad9 or A tin and Brca1 have high survival rates and are more sensitive to transformation by high energy iron ions when compared with wild-type controls or cells haploinsufficient for only one of these proteins. Since mutations or polymorphisms for similar genes exist in a small percentage of the human population, we have identified a radiosensitive sub-population. This finding has several implications. First, the existence of a radiosensitive sub-population may distort the shape of the dose response relationship. Second, it would not be ethical to put exceptionally radiosensitive individuals into a setting where they may potentially be exposed to substantial doses of radiation. (C) 2010 COSPAR. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Hemizygosity for Atm and Brca1 influence the balance between cell transformation and apoptosis

Background: In recent years data from both mouse models and human tumors suggest that loss of one allele of genes involved in DNA repair pathways may play a central role in genomic instability and carcinogenesis. Additionally several examples in mouse models confirmed that loss of one allele of two functionally related genes may have an additive effect on tumor development. To understand some of the mechanisms involved, we examined the role of monoallelic loss or Atm and Brca1 on cell transformation and apoptosis induced by radiation. Methods: Cell transformation and apoptosis were measured in mouse embryo fibroblasts (MEF) and thymocytes respectively. Combinations of wild type and hemizygous genotypes for ATM and BRCA1 were tested in various comparisons. Results: Haploinsufficiency of either ATM or BRCA1 resulted in an increase in the incidence of radiation-induced transformation of MEF and a corresponding decrease in the proportion of thymocytes dying an apoptotic death, compared with cells from wild-type animals. Combined haploinsufficiency for both genes resulted in an even larger effect on apoptosis. Conclusions: Under stress, the efficiency and capacity for DNA repair mediated by the ATM/BRCA1 cell signalling network depends on the expression levels of both proteins.

Neuroprotection resulting from insufficiency of RANBP2 is associated with the modulation of protein and lipid homeostasis of functionally diverse but linked pathways in response to oxidative stress.

Oxidative stress is a deleterious stressor associated with a plethora of disease and aging manifestations, including neurodegenerative disorders, yet very few factors and mechanisms promoting the neuroprotection of photoreceptor and other neurons against oxidative stress are known. Insufficiency of RAN-binding protein-2 (RANBP2), a large, mosaic protein with pleiotropic functions, suppresses apoptosis of photoreceptor neurons upon aging and light-elicited oxidative stress, and promotes age-dependent tumorigenesis by mechanisms that are not well understood. Here we show that, by downregulating selective partners of RANBP2, such as RAN GTPase, UBC9 and ErbB-2 (HER2; Neu), and blunting the upregulation of a set of orphan nuclear receptors and the light-dependent accumulation of ubiquitylated substrates, light-elicited oxidative stress and Ranbp2 haploinsufficiency have a selective effect on protein homeostasis in the retina. Among the nuclear orphan receptors affected by insufficiency of RANBP2, we identified an isoform of COUP-TFI (Nr2f1) as the only receptor stably co-associating in vivo with RANBP2 and distinct isoforms of UBC9. Strikingly, most changes in proteostasis caused by insufficiency of RANBP2 in the retina are not observed in the supporting tissue, the retinal pigment epithelium (RPE). Instead, insufficiency of RANBP2 in the RPE prominently suppresses the light-dependent accumulation of lipophilic deposits, and it has divergent effects on the accumulation of free cholesterol and free fatty acids despite the genotype-independent increase of light-elicited oxidative stress in this tissue. Thus, the data indicate that insufficiency of RANBP2 results in the cell-type-dependent downregulation of protein and lipid homeostasis, acting on functionally interconnected pathways in response to oxidative stress. These results provide a rationale for the neuroprotection from light damage of photosensory neurons by RANBP2 insufficiency and for the identification of novel therapeutic targets and approaches promoting neuroprotection.

Cannabinoid Receptor influences Chromatin Remodelling in Mouse Spermatids by affecting Content of Transition Protein 2 mRNA and Histone Replacement

Marijuana smokers and animals treated with ?9-tetrahydrocannabinol, THC, the principal component of marijuana, show alterations of sperm morphology suggesting a role for cannabinoids in sperm differentiation and/or maturation. Since the cannabinoid receptor 1 (CNR1) activation appears to play a pivotal role in spermiogenesis, the developmental stage where DNA is remodeled, we hypothesized that CNR1 receptors might also influence chromatin quality in sperm. We used Cnr1 null mutant (Cnr1-/-) mice to study the possible role of endocannabinoids on sperm chromatin during spermiogenesis. We demonstrated that CNR1 activation regulated chromatin remodeling of spermatids by either increasing Tnp2 levels or enhancing histone displacement. Comparative analysis of WT, Cnr1+/- and Cnr1-/- animals suggested the possible occurrence of haploinsufficiency for Tnp2 turnover control by CNR1, while histone displacement was disrupted to a lesser extent. Further, flow cytometry analysis demonstrated that the genetic loss of Cnr1 decreased sperm chromatin quality and was associated with sperm DNA fragmentation. This damage increased during epididymal transit, from caput to cauda. Collectively, our results show that the expression/activity of CNR1 controls the physiological alterations of DNA structure during spermiogenic maturation and epididymal transit. Given the deleterious effects of sperm DNA damage on male fertility, we suggest that the reproductive function of marijuana users may also be impaired by deregulation of the endogenous endocannabinoid system.

BRCA1 Deficiency Exacerbates Estrogen-Induced DNA Damage and Genomic Instability

Germline mutations in BRCA1 predispose carriers to a high incidence of breast and ovarian cancers. BRCA1 functions to maintain genomic stability through critical roles in DNA repair, cell-cycle arrest, and transcriptional control. A major question has been why BRCA1 loss or mutation leads to tumors mainly in estrogen-regulated tissues, given that BRCA1 has essential functions in all cell types. Here, we report that estrogen and estrogen metabolites can cause DNA double-strand breaks (DSB) in estrogen receptora- negative breast cells and that BRCA1 is required to repair these DSBs to prevent metabolite-induced genomic instability.We found that BRCA1 also regulates estrogen metabolism and metabolite-mediated DNA damage by repressing the transcription of estrogen-metabolizing enzymes, such as CYP1A1, in breast cells. Finally, we used a knock-in human cell model with a heterozygous BRCA1 pathogenic mutation to show how BRCA1 haploinsufficiency affects these processes. Our findings provide pivotal new insights into why BRCA1 mutation drives the formation of tumors in estrogen-regulated tissues, despite the general role of BRCA1 in DNA repair in all cell types. © 2014 American Association for Cancer Research.

An atypical 7q11.23 deletion in a normal IQ Williams-Beuren syndrome patient.

Williams-Beuren syndrome (WBS; OMIM no. 194050) is a multisystemic neurodevelopmental disorder caused by a hemizygous deletion of 1.55 Mb on chromosome 7q11.23 spanning 28 genes. Haploinsufficiency of the ELN gene was shown to be responsible for supravalvular aortic stenosis and generalized arteriopathy, whereas LIMK1, CLIP2, GTF2IRD1 and GTF2I genes were suggested to be linked to the specific cognitive profile and craniofacial features. These insights for genotype-phenotype correlations came from the molecular and clinical analysis of patients with atypical deletions and mice models. Here we report a patient showing mild WBS physical phenotype and normal IQ, who carries a shorter 1 Mb atypical deletion. This rearrangement does not include the GTF2IRD1 and GTF2I genes and only partially the BAZ1B gene. Our results are consistent with the hypothesis that hemizygosity of the GTF2IRD1 and GTF2I genes might be involved in the facial dysmorphisms and in the specific motor and cognitive deficits observed in WBS patients.

Subtelomeric deletion of chromosome 10p15.3: clinical findings and molecular cytogenetic characterization.

We describe 19 unrelated individuals with submicroscopic deletions involving 10p15.3 characterized by chromosomal microarray (CMA). Interestingly, to our knowledge, only two individuals with isolated, submicroscopic 10p15.3 deletion have been reported to date; however, only limited clinical information is available for these probands and the deleted region has not been molecularly mapped. Comprehensive clinical history was obtained for 12 of the 19 individuals described in this study. Common features among these 12 individuals include: cognitive/behavioral/developmental differences (11/11), speech delay/language disorder (10/10), motor delay (10/10), craniofacial dysmorphism (9/12), hypotonia (7/11), brain anomalies (4/6) and seizures (3/7). Parental studies were performed for nine of the 19 individuals; the 10p15.3 deletion was de novo in seven of the probands, not maternally inherited in one proband and inherited from an apparently affected mother in one proband. Molecular mapping of the 19 individuals reported in this study has identified two genes, ZMYND11 (OMIM 608668) and DIP2C (OMIM 611380; UCSC Genome Browser), mapping within 10p15.3 which are most commonly deleted. Although no single gene has been identified which is deleted in all 19 individuals studied, the deleted region in all but one individual includes ZMYND11 and the deleted region in all but one other individual includes DIP2C. There is not a clearly identifiable phenotypic difference between these two individuals and the size of the deleted region does not generally predict clinical features. Little is currently known about these genes complicating a direct genotype/phenotype correlation at this time. These data however, suggest that ZMYND11 and/or DIP2C haploinsufficiency contributes to the clinical features associated with 10p15 deletions in probands described in this study.

Impact de l'haploinsuffisance du gène Sim1 sur le développement et la fonction du noyau paraventriculaire de l'hypothalamus

L’obésité provient d’un déséquilibre de l’homéostasie énergétique, c’est-à-dire une augmentation des apports caloriques et/ou une diminution des dépenses énergétiques. Plusieurs données, autant anatomiques que physiologiques, démontrent que l’hypothalamus est un régulateur critique de l’appétit et des dépenses énergétiques. En particulier, le noyau paraventriculaire (noyau PV) de l’hypothalamus intègre plusieurs signaux provenant du système nerveux central (SNC) et/ou de la périphérie, afin de contrôler l’homéostasie énergétique via des projections axonales sur les neurones pré-ganglionnaires du système autonome situé dans le troc cérébral et la moelle épinière. Plusieurs facteurs de transcription, impliqués dans le développement du noyau PV, ont été identifiés. Le facteur de transcription SIM1, qui est produit par virtuellement tous les neurones du noyau PV, est requis pour le développement du noyau PV. En effet, lors d’une étude antérieure, nous avons montré que le noyau PV ne se développe pas chez les souris homozygotes pour un allèle nul de Sim1. Ces souris meurent à la naissance, probablement à cause des anomalies du noyau PV. Par contre, les souris hétérozygotes survivent, mais développent une obésité précoce. De façon intéressante, le noyau PV des souris Sim1+/- est hypodéveloppé, contenant 24% moins de cellules. Ces données suggèrent fortement que ces anomalies du développement pourraient perturber le fonctionnement du noyau PV et contribuer au développement du phénotype d’obésité. Dans ce contexte, nous avons entrepris des travaux expérimentaux ayant pour but d’étudier l’impact de l’haploinsuffisance de Sim1 sur : 1) le développement du noyau PV et de ses projections neuronales efférentes; 2) l’homéostasie énergétique; et 3) les voies neuronales physiologiques contrôlant l’homéostasie énergétique chez les souris Sim1+/-. A cette fin, nous avons utilisé : 1) des injections stéréotaxiques combinées à des techniques d’immunohistochimie afin de déterminer l’impact de l’haploinsuffisance de Sim1 sur le développement du noyau PV et de ses projections neuronales efférentes; 2) le paradigme des apports caloriques pairés, afin de déterminer l’impact de l’haploinsuffisance de Sim1 sur l’homéostasie énergétique; et 3) une approche pharmacologique, c’est-à-dire l’administration intra- cérébroventriculaire (i.c.v.) et/ou intra-péritonéale (i.p.) de peptides anorexigènes, la mélanotane II (MTII), la leptine et la cholécystokinine (CCK), afin de déterminer l’impact de l’haploinsuffisance de Sim1 sur les voies neuronales contrôlant l’homéostasie énergétique. Dans un premier temps, nous avons constaté une diminution de 61% et de 65% de l’expression de l’ARN messager (ARNm) de l’ocytocine (Ot) et de l’arginine-vasopressine (Vp), respectivement, chez les embryons Sim1+/- de 18.5 jours (E18.5). De plus, le nombre de cellules produisant l’OT et la VP est apparu diminué de 84% et 41%, respectivement, chez les souris Sim1+/- adultes. L’analyse du marquage axonal rétrograde des efférences du noyau PV vers le tronc cérébral, en particulier ses projections sur le noyau tractus solitaire (NTS) aussi que le noyau dorsal moteur du nerf vague (X) (DMV), a permis de démontrer une diminution de 74% de ces efférences. Cependant, la composition moléculaire de ces projections neuronales reste inconnue. Nos résultats indiquent que l’haploinsuffisance de Sim1 : i) perturbe spécifiquement le développement des cellules produisant l’OT et la VP; et ii) abolit le développement d’une portion importante des projections du noyau PV sur le tronc cérébral, et notamment ses projections sur le NTS et le DMV. Ces observations soulèvent donc la possibilité que ces anomalies du développement du noyau PV contribuent au phénotype d’hyperphagie des souris Sim1+/-. En second lieu, nous avons observé que la croissance pondérale des souris Sim1+/- et des souris Sim1+/+ n’était pas significativement différente lorsque la quantité de calories présentée aux souris Sim1+/- était la même que celle consommée par les souris Sim1+/+. De plus, l’analyse qualitative et quantitative des tissus adipeux blancs et des tissus adipeux bruns n’a démontré aucune différence significative en ce qui a trait à la taille et à la masse de ces tissus chez les deux groupes. Finalement, au terme de ces expériences, les souris Sim1+/--pairées n’étaient pas différentes des souris Sim1+/+ en ce qui a trait à leur insulinémie et leur contenu en triglycérides du foie et des masses adipeuses, alors que tous ces paramètres étaient augmentés chez les souris Sim1+/- nourries ad libitum. Ces résultats laissent croire que l’hyperphagie, et non une diminution des dépenses énergétiques, est la cause principale de l’obésité des souris Sim1+/-. Par conséquent, ces résultats suggèrent que : i) l’haploinsuffisance de Sim1 est associée à une augmentation de l’apport calorique sans toutefois moduler les dépenses énergétiques; ii) l’existence d’au moins deux voies neuronales issues du noyau PV : l’une qui régule la prise alimentaire et l’autre la thermogénèse; et iii) l’haploinsuffisance de Sim1 affecte spécifiquement la voie neuronale qui régule la prise alimentaire. En dernier lieu, nous avons montré que l’injection de MTII, de leptine ainsi que de CCK induit une diminution significative de la consommation calorique des souris des deux génotypes, Sim1+/+ et Sim1+/-. De fait, la consommation calorique cumulative des souris Sim1+/- et Sim1+/+ est diminuée de 37% et de 51%, respectivement, durant les 4 heures suivant l’administration i.p. de MTII comparativement à l’administration d’une solution saline. Lors de l’administration i.c.v. de la leptine, la consommation calorique cumulative des souris Sim1+/- et Sim1+/+ est diminuée de 47% et de 32%, respectivement. Finalement, l’injection i.p. de CCK diminue la consommation calorique des souris Sim1+/- et Sim1+/+ de 52% et de 36%, respectivement. L’ensemble des résultats suggère ici que l’haploinsuffisance de Sim1 diminue l’activité de certaines voies neuronales régulant l’homéostasie énergétique, et particulièrement de celles qui contrôlent la prise alimentaire. En résumé, ces travaux ont montré que l’haploinsuffisance de Sim1 affecte plusieurs processus du développement au sein du noyau PV. Ces anomalies du développement peuvent conduire à des dysfonctions de certains processus physiologiques distincts régulés par le noyau PV, et notamment de la prise alimentaire, et contribuer ainsi au phénotype d’obésité. Les souris hétérozygotes pour le gène Sim1 représentent donc un modèle animal unique, où l’hyperphagie, et non les dépenses énergétiques, est la principale cause de l’obésité. En conséquence, ces souris pourraient représenter un modèle expérimental intéressant pour l’étude des mécanismes cellulaires et moléculaires en contrôle de la prise alimentaire.

Diversité fonctionnelle du facteur de transcription Tbx5 dans le coeur

Le cœur des vertébrés est un organe modulaire qui requiert le " patterning " complexe des champs morphogénétiques cardiogènes et la convergence coordonnée des diverses sous-populations de progéniteurs cardiogéniques. Au moins 7 facteurs de transcription de la famille T-box coopèrent au sein de ces nombreuses sous-populations de progéniteurs cardiogéniques afin de réguler la morphogenèse et l’agencement de multiples structures le long de l’ébauche cardiaque, ce qui explique que les mutations humaines de ces gènes engendrent diverses malformations congénitales cardiaques (MCCs). L’un de ces gènes T-box, Tbx5, dont l’haploinsuffisance génère le syndrome de Holt-Oram (SHO), intervient dans une grande variété de réseaux de régulation géniques (RRGs) qui orchestrent la morphogenèse des oreillettes, du ventricule gauche, de la valve mitrale, des septums inter-auriculaire et inter-ventriculaire, ainsi que du système de conduction cardiaque. La diversité des RRGs impliqués dans la formation de ces structures cardiaques suggère que Tbx5 détient une profusion de fonctions qui ne seront identifiables qu’en répertoriant ses activités moléculaires dans chaque lignée cardiaque examinée isolément. Afin d’aborder cette problématique, une ablation génétique de Tbx5 dans l’endocarde a été réalisée. Cette expérience a démontré le rôle crucial de Tbx5 dans la survie des cellules endocardiques bordant le septum primum et des cardiomyocytes au sein de cette structure embryonnaire qui contribuera à la morphogenèse du septum inter-auriculaire. En outre, cette étude a révélé l’existence d’une communication croisée entre la sous-population de cellules endocardiques Tbx5+ et le myocarde au niveau du septum primum, afin d’assurer la survie des cardiomyocytes, et ultimement de garantir la maturation du septum inter-auriculaire. Nos résultats confirment aussi l’importance de l’interdépendance génétique (Tbx5 et Gata4 ainsi que Tbx5 et Nos3) entre différents loci dans la morphogenèse de la cloison inter-auriculaire, et particulièrement de l’influence que peut avoir l’environnement sur la pénétrance et l’expressivité des communications inter-auriculaires (CIAs) dans le SHO. En outre, puisque les fonctions d’un gène dépendent ordinairement des différents isoformes qu’il peut générer, une deuxième étude a focalisé davantage sur l’aspect transcriptionnel de Tbx5. Cette approche a mené à la découverte de 6 transcrits alternatifs exhibant des fonctions à la fois communes et divergentes. La caractérisation de 2 de ces isoformes a révélé le rôle de l’isoforme long (Tbx5_v1) dans la régulation de la croissance des cardiomyocytes durant la cardiogénèse, tandis que l’isoforme court (Tbx5_v2), préférentiellement exprimé dans le cœur mature, réprime la croissance cellulaire. Il est donc entièrement concevable que les mutations de TBX5 entraînant une troncation de la région C-terminale accroissent la concentration d’une protéine mutée qui, à l’instar de Tbx5_v2, interfère avec la croissance de certaines structures cardiaques. En revanche, la divergence de fonctions de ces isoformes, caractérisée par les disparités de localisation subcellulaire et de d’interaction avec d’autres cofacteurs cardiaques, suggère que les mutations affectant davantage un isoforme favoriseraient l’émergence d’un type particulier de MCC. Finalement, un dernier objectif était d’identifier le ou les mécanisme(s) moléculaire(s) par le(s)quel(s) Tbx5 régule son principal gène cible, Nppa, et d’en extraire les indices qui éclairciraient sa fonction transcriptionnelle. Cet objectif nécessitait dans un premier lieu d’identifier les différents modules cis-régulateurs (MCRs) coordonnant la régulation transcriptionnelle de Nppa et Nppb, deux gènes natriurétiques dont l’organisation en tandem et le profil d’expression durant la cardiogénèse sont conservés dans la majorité des vertébrés. L’approche d’empreinte phylogénétique employée pour scanner le locus Nppb/Nppa a permis d’identifier trois MCRs conservés entre diverses espèces de mammifères, dont un (US3) est spécifique aux euthériens. Cette étude a corroboré que la régulation de l’expression du tandem génique Nppb/Nppa requérait l’activité transcriptionnelle d’enhancers en complément aux promoteurs de Nppa et Nppb. La concordance quasiment parfaite entre les profils d’expression de Tbx5 et de ces deux gènes natriurétiques chez les mammifères, suggère que le gradient d’expression ventriculaire de Tbx5 est interprété par le recrutement de ce facteur au niveau des différents enhancers identifiés. En somme, les études présentées dans cette thèse ont permis de clarifier la profusion de fonctions cardiaques que possède Tbx5. Certaines de ces fonctions émanent de l’épissage alternatif de Tbx5, qui favorise la synthèse d’isoformes dotés de propriétés spécifiques. Les diverses interactions combinatoires entre ces isoformes et d’autres facteurs cardiaques au sein des diverses sous-populations de progéniteurs cardiogènes contribuent à l’émergence de RRGs cardiaques divergents.

Implication de Syngap1 dans la transmission GABAergique et la plasticité synaptique

La déficience intellectuelle affecte de 1 à 3% de la population mondiale, ce qui en fait le trouble cognitif le plus commun de l’enfance. Notre groupe à découvert que des mutations dans le gène SYNGAP1 sont une cause fréquente de déficience intellectuelle non-syndromique, qui compte pour 1-3% de l’ensemble des cas. À titre d’exemple, le syndrome du X fragile, qui est la cause monogénique la plus fréquente de déficience intellectuelle, compte pour environ 2% des cas. Plusieurs patients affectés au niveau de SYNGAP1 présentent également des symptômes de l’autisme et d’une forme d’épilepsie. Notre groupe a également montré que SYNGAP1 cause la déficience intellectuelle par un mécanisme d’haploinsuffisance. SYNGAP1 code pour une protéine exprimée exclusivement dans le cerveau qui interagit avec la sous-unité GluN2B des récepteurs glutamatergique de type NMDA (NMDAR). SYNGAP1 possède une activité activatrice de Ras-GTPase qui régule négativement Ras au niveau des synapses excitatrices. Les souris hétérozygotes pour Syngap1 (souris Syngap1+/-) présentent des anomalies de comportement et des déficits cognitifs, ce qui en fait un bon modèle d’étude. Plusieurs études rapportent que l’haploinsuffisance de Syngap1 affecte le développement cérébral en perturbant l’activité et la plasticité des neurones excitateurs. Le déséquilibre excitation/inhibition est une théorie émergente de l’origine de la déficience intellectuelle et de l’autisme. Cependant, plusieurs groupes y compris le nôtre ont rapporté que Syngap1 est également exprimé dans au moins une sous-population d’interneurones GABAergiques. Notre hypothèse était donc que l’haploinsuffisance de Syngap1 dans les interneurones contribuerait en partie aux déficits cognitifs et au déséquilibre d’excitation/inhibition observés chez les souris Syngap1+/-. Pour tester cette hypothèse, nous avons généré un modèle de souris transgéniques dont l’expression de Syngap1 a été diminuée uniquement dans les interneurones dérivés des éminences ganglionnaires médianes qui expriment le facteur de transcription Nkx2.1 (souris Tg(Nkx2,1-Cre);Syngap1). Nous avons observé une diminution des courants postsynaptiques inhibiteurs miniatures (mIPSCs) au niveau des cellules pyramidales des couches 2/3 du cortex somatosensoriel primaire (S1) et dans le CA1 de l’hippocampe des souris Tg(Nkx2,1-Cre);Syngap1. Ces résultats supportent donc l’hypothèse selon laquelle la perte de Syngap1 dans les interneurones contribue au déséquilibre d’excitation/inhibition. De manière intéressante, nous avons également observé que les courants postsynaptiques excitateurs miniatures (mEPSCs) étaient augmentés dans le cortex S1, mais diminués dans le CA1 de l’hippocampe. Par la suite, nous avons testé si les mécanismes de plasticité synaptique qui sous-tendraient l’apprentissage étaient affectés par l’haploinsuffisance de Syngap1 dans les interneurones. Nous avons pu montrer que la potentialisation à long terme (LTP) NMDAR-dépendante était diminuée chez les souris Tg(Nkx2,1-Cre);Syngap1, sans que la dépression à long terme (LTD) NMDAR-dépendante soit affectée. Nous avons également montré que l’application d’un bloqueur des récepteurs GABAA renversait en partie le déficit de LTP rapporté chez les souris Syngap1+/-, suggérant qu’un déficit de désinhibition serait présent chez ces souris. L’ensemble de ces résultats supporte un rôle de Syngap1 dans les interneurones qui contribue aux déficits observés chez les souris affectées par l’haploinsuffisance de Syngap1.

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.

Pre-B-cell transcription factor 1 and steroidogenic factor 1 synergistically regulate adrenocortical growth and steroidogenesis

variety of transcription factors including Wilms tumor gene (Wt-1), steroidogenic factor 1 (Sf-1), dosage-sensitive sex reversal, adrenal hypoplasia congenita on the X-chromosome, Gene 1 (Dax-1), and pre-B-cell transcription factor 1 (Pbx1) have been defined as necessary for regular adrenocortical development. However, the role of Pbx1 for adrenal growth and function in the adult organism together with the molecular relationship between Pbx1 and these other transcription factors have not been characterized. We demonstrate that Pbx haploinsufficiency (Pbx1(+/-)) in mice is accompanied by a significant lower adrenal weight in adult animals compared with wild-type controls. Accordingly, baseline proliferating cell nuclear antigen levels are lower in Pbx1(+/-) mice, and unilateral adrenalectomy results in impaired contralateral compensatory adrenal growth, indicating a lower proliferative potential in the context of Pbx1 haploinsufficiency. In accordance with the key role of IGFs in adrenocortical proliferation and development, real-time RT-PCR demonstrates significant lower expression levels of the IGF-I receptor, and up-regulation of IGF binding protein-2. Functionally, Pbx1(+/-) mice display a blunted corticosterone response after ACTH stimulation coincident with lower adrenal expression of the ACTH receptor (melanocortin 2 receptor, Mc2-r). Mechanistically, in vitro studies reveal that Pbx1 and Sf-1 synergistically stimulates Mc2-r promoter activity. Moreover, Sf-1 directly activates the Pbx1 promoter activity in vitro and in vivo. Taken together, these studies provide evidence for a role of Pbx1 in the maintenance of a functional adrenal cortex mediated by synergistic actions of Pbx1 and Sf-1 in the transcriptional regulation of the critical effector of adrenocortical differentiation, the ACTH receptor.