Etude fonctionnelle et structurale de variants rares des contactines et vulnérabilité à l'autisme
Structural and functional analysis of contactin rare variants and susceptibility to autism
par Mercati Oriane sous la direction de Cloëz-Tayarani Isabelle
Thèse de doctorat en Neurosciences
École doctorale Génétique, Cellulaire, Immunologie, Infectiologie et Développement

Soutenue le Friday 25 October 2013 à Université Paris Descartes ( Paris 5 )

Sujets
  • Autisme
  • Myélinisation
  • Neurogénétique

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Mots clés
Troubles du spectre autistique, Contactines, Génétique, Neuritogenèse, Modélisation
Resumé
Les troubles du spectre autistique (TSA) affectent un individu sur 100 et sont caractérisés par des déficits de la communication et des interactions sociales, et par des comportements restreints et répétitifs. Les TSA présentent une forte composante génétique ; les premiers gènes impliqués ont été identifiés au laboratoire et codent des protéines d'adhérence ou d'échafaudage localisées à la synapse : les neuroligines (NLGN) et SHANK. Nous nous sommes intéressés à l'implication dans les TSA des contactines (CNTN), un groupe de six molécules d'adhérence neurales de la superfamille des immunoglobulines. Ces protéines sont ancrées à la membrane plasmique par un groupement glycosyl phosphatidylinositol (GPI) et peuvent être sécrétées par clivage du GPI. Elles interviennent dans des processus variés du développement neuronal comme la croissance neuritique, le guidage et la fasciculation des axones ou la myélinisation. Des études génétiques ont suggéré l'implication des contactines 4 à 6 dans les TSA, mais aucune étude fonctionnelle n'a confirmé cette hypothèse. Ce travail de thèse associe une analyse génétique, une analyse fonctionnelle sur des cultures de neurones primaires de rat et une analyse structurale par modélisation moléculaire. Nous avons identifié plusieurs "Copy-Number Variants" (CNV) dans les gènes CNTN (essentiellement des délétions affectant CNTN5 et CNTN6) et observé une tendance à l'enrichissement chez les patients par rapport aux individus témoins. Le séquençage des exons codants de CNTN5 et CNTN6 chez plus de 200 patients et 200 témoins nous a ensuite permis d'identifier des variants ponctuels non synonymes. Les variants privés (présents chez un seul individu ou dans une seule famille) sont plus fréquents chez les patients que chez les témoins. Les CNV et les variants ponctuels sont hérités, de parents pour la plupart non atteints, ce qui suggère que les altérations des contactines constituent des facteurs de vulnérabilité aux TSA plutôt que des facteurs causaux. Afin de déterminer l'effet fonctionnel des variants ponctuels rares, nous avons comparé l'effet sur la neuritogenèse des CNTN mutées à celui des CNTN sauvages. Nous avons ainsi analysé, sur plusieurs centaines de neurones par condition, la longueur et la ramification des neurites dans un système de co-culture avec des cellules HEK surexprimant la CNTN. La plupart des protéines CNTN5 et CNTN6 mutées présentent des effets différents de ceux des protéines sauvages (inhibition ou augmentation des effets positifs de celles-ci). Le dernier objectif de cette étude consistait à évaluer l'influence de certains de ces variants sur l'interaction des CNTN, via les domaines immunoglobuline (Ig) 2 et 3, avec l'un de leurs ligands, le récepteur à activité tyrosine phosphatase PTPRG. Par homologie avec la structure cristallographique déjà résolue pour les quatre premiers domaines Ig de CNTN4 de souris, nous avons modélisé cette région pour les CNTN5 et 6 humaines, sauvages et mutées. Nous avons ainsi pu prédire que certains variants étaient susceptibles de modifier les liaisons ioniques ou l'encombrement stérique dans cette région d'interaction. L'ensemble de nos résultats démontre l'existence d'effets fonctionnels délétères de plusieurs variants rares des contactines retrouvés chez les patients atteints de TSA. La présence de ces variants rares chez des apparentés non atteints indique que les altérations des CNTN s'inscrivent dans un modèle de "multiple hit", qui propose que l'autisme puisse résulter de la combinaison de plusieurs atteintes génétiques, chacune représentant un facteur de risque à effet modéré et n'entraînant pas, à elle seule, le développement du trouble. Le séquençage d'exomes et de génomes entiers, en cours au laboratoire, permettra une meilleure compréhension de ces atteintes génétiques multiples.