Sophie Saunier et Corinne Antignac

Laboratoire des Maladies Rénales Héréditaires

Publié le 18.11.2019

Présentation

Bases moléculaires des maladies rénales héréditaires : néphronophtise et hypodysplasie

Notre recherche vise à élucider la pathogénie de la néphronophtise et de l'hypodysplasie rénale, deux causes génétiques majeures de l'insuffisance rénale chez les enfants, en utilisant des approches de séquençage à haut débit et des études fonctionnelles.

La néphronophtise

La néphronophtise est une néphropathie récessive autosomique (NPH), caractérisée par une fibrose interstitielle et la formation de kystes tubulaires. Elle représente la cause génétique la plus fréquente de l'insuffisance rénale terminale chez l'enfant. La NPH peut être isolée ou associée à des anomalies extra-rénales, notamment la dystrophie rétinienne, l'hypoplasie du vermis cérébelleux, les dysmorphismes squelettiques et/ou le situs inversus. L'association spécifique de ces anomalies définit des syndromes complexes appelés "ciliopathies". Sur la base d'importantes cohortes de patients (>1000 familles NPH) collectées par un réseau clinique multicentrique et grâce au développement d'approches innovantes basées sur le NGS, notre groupe a identifié 13 des 20 gènes causatifs (NPHP1-20) connus à ce jour des NPH et des syndromes associés. La plupart des protéines NPHP se localisent au niveau du cil primaire, un organite qui contrôle les principales voies de signalisation pendant le développement et l'homéostasie tissulaire. Notamment, au cours des deux dernières années, nous avons identifié trois nouveaux gènes NPHP, dont deux gènes codant pour des composants IFTB (IFT172 (Hallbritter et al, Am. J. Hum genet, 2014) ; IFT54 (Bizet et al, Nat. Comm.)) et CEP83 (Failler et al, Am J Hum Genet, 2014) codant pour un composant du centrosome nécessaire à la ciliogénèse. Grâce à l'utilisation de modèles in vitro de cellules épithéliales rénales, de fibroblastes de patients et de modèles in vivo, notamment de souris et de poissons-zèbres, nous avons démontré que les protéines NPHP et IFT sont effectivement essentielles pour la fonction ciliaire et également pour la polarité cellulaire (NPHP1, NPHP4) et la morphogenèse épithéliale via des fonctions extraciliaires liées à la régulation de la dynamique du cytosquelette (IFT54 ; Bizet A., Nat Comm., 2015). Grâce à des collaborations nationales et internationales, nous avons été impliqués dans l'identification de mutations dans plusieurs autres gènes de ciliopathies : DCDC2 dans la cholangite sclérosante néonatale (Girard et al., Hum Mutation, 2016), KIAA0586 dans le syndrome de Joubert (Albi et al., Am J. Hum. Genet, 2015), C2CD3 et TMEM107 dans les syndromes OFD (Lambacher et al., 2015). Ces approches ont permis d'améliorer le diagnostic moléculaire des ciliopathies rénales et d'élargir le spectre phénotypique associé aux mutations des gènes ciliaires.

L'hypodysplasie rénale

L'hypodysplasie rénale (HDR) est un trouble phénotypiquement hétérogène qui englobe un large spectre de défauts de développement des reins, y compris l'agénésie rénale, l'hypoplasie et la dysplasie avec ou sans kystes, et appartient au spectre des CAKUT (pour Congenital Anomalies of the Kidney and Urinary Tract ou anomalies congénitales des reins et des voies urinaires). C'est également l'une des causes les plus fréquentes d'insuffisance rénale terminale chez l'enfant et les formes les plus graves (agénésie rénale bilatérale et dysplasie multikystique) sont diagnostiquées in utero et justifient une interruption médicale de grossesse. Bien que la plupart des cas de HDR soient des formes isolées, il existe également des cas familiaux et syndromiques et la dysplasie kystique du rein peut être associée à des anomalies de type ciliopathie (situs inversus, défauts squelettiques et rétiniens, défauts hépatiques). À ce jour, des mutations dans ~40 gènes qui jouent un rôle dans le développement des reins ont été signalées, dont deux gènes responsables de l'agénésie rénale bilatérale isolée, identifiés par notre groupe par séquençage de l'exome entier : le gène FGF20 codant pour le facteur de croissance 20 des fibroblastes (Barak et al, Dev Cell, 2012) et le gène ITGA8 codant pour la chaîne alpha8 de l'intégrine (Humbert et al, Am J. Hum. Genet., 2014), une molécule d'adhésion qui joue un rôle clé dans le développement du néphron. Nous avons également récemment caractérisé des mutations de NPHP9/NEK8, un gène précédemment associé au NPH, chez des fœtus présentant une forme syndromique de ciliopathie de type HDR (Grampa et al, Plos Genet, 2016), et démontré qu'elles sont associées à une altération de la voie de signalisation Hippo. Enfin, nous avons mis en œuvre une stratégie ciblée de séquençage des exomes ("Cakutome", technologie Agilent SureSelect) axée sur 388 gènes sélectionnés, dont des gènes CAKUT connus, des gènes conduisant à des anomalies rénales lorsqu'ils sont éteints chez la souris, des gènes jouant un rôle dans les processus et les voies cellulaires pertinentes pour le développement des reins, des cibles potentielles de facteurs de transcription pertinents ainsi que plusieurs gènes candidats précédemment identifiés par séquençage de l'exome entier, afin d'identifier de nouveaux gènes responsables de la HDR et d'améliorer le diagnostic génétique. Cette approche a notamment conduit à l'identification d'un nouveau gène CAKUT. Nous avons également identifié des variants d'intérêt dans plusieurs candidats qui sont actuellement à l'étude.

Notre principal projet est de poursuivre l'identification des gènes NPHP/HDR. L'utilisation d'approches complémentaires au séquençage des exomes, y compris le séquençage ciblé des exomes ["Ciliome" (1300 gènes) pour les patients atteints de NPH et les cas de HDR de type ciliopathie, "Cakutome" (388 gènes) pour les patients atteints de HDR], ainsi que le séquençage de l'exome entier ou du génome pour les patients n'ayant pas de mutation identifiée par le séquençage ciblé des exomes, génère une grande quantité de gènes candidats qui doivent ensuite être validés. Pour la validation des gènes mutés, nous recourons à un panel d'études fonctionnelles des processus pertinents pour la NPH et la HDR, y compris les fonctions ciliaires, l'adhésion/migration cellulaire, la polarité cellulaire et la morphogenèse de l'épithélium (culture 3D), en utilisant des modèles cellulaires et animaux (souris et poisson-zèbre). Nous utilisons les technologies CRISPR/Cas9 pour invalider ou introduire des mutations observées chez les patients dans les cellules, les poissons zèbres ou la souris. Les technologies dites morpholinos dans les cultures organotypiques de métanéphros sont utilisés pour analyser l'effet de l’extinction des gènes candidats de la HDR sur le développement des reins (analyse par immunofluorescence à montage complet et microscopie multiphotonique). Nous caractérisons également l'effet des mutations sur la formation de complexes protéiques et la régulation de l'ARN en utilisant l'analyse protéomique et la RNAseq. Ces approches combinées nous aideront à caractériser les mécanismes moléculaires impliqués dans les défauts de développement rénal, la fibrose interstitielle, la formation de kystes et l'insuffisance rénale observés chez les patients. En parallèle, en collaboration avec Alexion R&D Pharma France, nous avons développé de nouvelles approches thérapeutiques pour les patients atteints de HNP, les seuls traitements disponibles étant la dialyse et la transplantation rénale. Sur la base d'un criblage de médicaments, nous avons identifié plusieurs molécules qui compensent les défauts cellulaires liés aux dysfonctionnements du NPHP. Les composés efficaces seront testés in vivo dans les mutants de poisson-zèbre ou de souris générés.

Ressources & publications

Cellules du colon

La recherche : une aventure scientifique

Notre objectif : mieux comprendre les maladies génétiques pour mieux les soigner.