Agnès Rötig

Génétique des maladies mitochondriales

Les maladies mitochondriales sont caractérisées par une énorme hétérogénéité clinique et génétique et les gènes responsables des maladies mitochondriales et nucléaires n'ont été identifiés que dans 20 % des cas. De plus, il n'existe pratiquement pas de thérapie pour ces maladies dévastatrices.

Nos objectifs sont donc les suivants :

1. Identifier de nouveaux gènes nucléaires responsables du dysfonctionnement mitochondrial chez l'homme pour une meilleure compréhension de cette hétérogénéité,

2. Décrypter la physiopathologie de ces maladies,

3. Développer la thérapie génique pour certaines d'entre elles dans des modèles de souris,

4. Améliorer la compréhension de la réplication de l'ADN mitochondrial au cours du développement embryonnaire et fœtal

Identification des gènes par NGS (next generation sequencing)

Le nombre de mutations pathogènes dans les maladies mitochondriales est en constante augmentation, mais il faut garder à l'esprit qu'aucune mutation n'a été identifiée chez 70% des patients. L'hétérogénéité clinique et génétique de ces maladies ainsi que le grand nombre de gènes candidats (1000-2000) rendent l'identification de ces gènes de plus en plus difficile. En effet, nous sommes maintenant confrontés à un grand nombre de cas sporadiques. Par conséquent, il a été prouvé que le NGS (next generation sequencing)est la meilleure approche pour identifier de nouveaux gènes de maladie. Nous procédons au séquençage de l'exome entier et du génome ainsi qu'au séquençage de l'ARNseq pour identifier les nouveaux gènes. En fonction de la fonction des gènes mutants, différentes approches seront ensuite développées dans le but de valider la pathogénicité des mutations.

Réplication de l'ADN mitochondrial pendant le développement embryo-fœtal

Les cellules eucaryotes contiennent un grand nombre de copies de l'ADNmt hérité de la mère. Très peu de données sont disponibles en ce qui concerne la réplication de l'ADNmt au cours de l'oogenèse et de l'embryogenèse humaines, tant dans les types sauvage que chez les porteurs de mutations de l'ADNmt. La plupart des données ont été obtenues chez les animaux et sont parfois contradictoires. Le manque de données sur la réplication de l'ADNmt au cours du développement embryo-fœtal empêche de proposer un diagnostic pré-gestationnel et pré-natal totalement fiable aux couples qui risquent de transmettre une mutation de l'ADNmt. Notre projet vise à étudier quand et comment l'ADNmt normal et mutant se réplique au cours du développement embryo-fœtal chez l'homme. Afin d’avancer sur ces questions, nous avons recueilli un grand nombre d'échantillons humains provenant de femmes adultes témoins et mutantes (gamètes et cellules somatiques), d'embryons, de fœtus et de placentas témoins et mutants. À l'aide de ces échantillons, nous évaluerons le nombre de copies d'ADNmt et le taux de mutation, la réplication de l'ADNmt et le niveau d'expression des gènes mitochondriaux et des gènes nucléaires impliqués dans la réplication et la transcription de l'ADNmt, au niveau de la cellule unique.

L'ataxie de Friedreich (FRDA) et la neurodégénérescence avec accumulation de fer dans le cerveau (NBIA)

L'ataxie de Friedreich (FRDA) et la neurodégénérescence avec accumulation de fer dans le cerveau (NBIA) sont des maladies neurodégénératives rares ayant en commun l'accumulation de fer dans une zone spécifique du cerveau. L'ataxie de Friedreich (FRDA) est une maladie neurodégénérative autosomique récessive associant une ataxie cérébelleuse et une cardiomyopathie hypertrophique. Elle résulte de mutations du gène FXN codant pour la frataxine, une protéine mitochondriale. Les NBIA se caractérisent par des troubles du mouvement, une dystonie, un handicap mental et une mort précoce et résultent de mutations dans divers gènes impliqués dans la synthèse de la CoA, le métabolisme des lipides, la fonction mitochondriale et l'autophagie. Les deux maladies ont en commune une dérégulation similaire de l'homéostasie du fer et nous cherchons maintenant à mieux comprendre le mécanisme physiopathologique de ces maladies, à déchiffrer le mécanisme d'accumulation du fer en utilisant des fibroblastes et des modèles cellulaires des patients et à concevoir de possibles médicaments pour les deux maladies. En outre, nous développons une thérapie génique basée sur l'AAV9 au pour l'ataxie de Friedreich.

Maturation de l'ARN mitochondrial et des protéines codées par des gènes nucléaires dans les maladies mitochondriales

Le syndrome de Leigh est la maladie neurologique la plus courante chez les enfants atteints de maladies mitochondriales. Il se caractérise par des lésions spongiformes dans le tronc cérébral et les noyaux cérébraux. Cependant, étant donné l'expression ubiquitaire des gènes du syndrome de Leigh, sa grande spécificité tissulaire reste inexpliquée. Le facteur de stabilité de l'ARN mitochondrial, LRPPRC, est l'un des gènes liés au syndrome de Leigh. Nous avons développé et caractérisons actuellement plusieurs modèles murins déficient en LRPPRC afin de comprendre la pathophysiologie et la spécificité tissulaire du syndrome de Leigh. Ces modèles sont également utilisés pour développer un traitement de thérapie génique pour cette pathologie.

Nous avons récemment identifié des mutations de la MIPEP, une protéase permettant le clivage d'une séquence octapeptidique de certaines protéines mitochondriales. La fonction de MIPEP est mal connue et notre projet consiste à identifier les substrats de MIPEP et l'importance de cette protéine dans la biogenèse d'OXPHOS et la maintenance de l'ADNmt.

Le laboratoire participe au Centre de Référence (CR) National – Maladies Mitochondriales de l’Enfant à l’Adulte (CARAMMEL) labellisé en 2005 dans le cadre du Plan National Maladies Rares. Il est fondé sur des équipes multidisciplinaires, médicales et biologiques, historiquement largement impliquées dans le diagnostic et la prise en charge des maladies mitochondriales..