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Une cause souvent négligée de maladie génétique

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Souvent négligés car ils pourraient ne pas altérer la production d’acides aminés, les défauts d’épissage peuvent jouer un rôle important dans les maladies génétiques rares de l’hypophyse.

Plusieurs endocrinologues cliniques et bioinformaticiens, dirigés par Sally Camper et Jacob Kitzman, professeurs de génétique humaine à la faculté de médecine de l’Université du Michigan, se sont réunis pour étudier plus avant les défauts d’épissage et leurs rôles dans les maladies hormonales génétiques rares. Cathy Smith, titulaire d’un doctorat. étudiant, a établi un catalogue de variantes prédites qui pourraient soit être tolérées, soit causer des maladies.

L’hypophyse est un centre très important pour l’activité hormonale. Il produit plusieurs hormones différentes qui contrôlent la croissance et les fonctions des autres glandes endocrines. Spécifique à la glande pituitaire est POU1F1, également connu sous le nom de PIT1, un facteur de transcription critique pour le développement de trois des types de cellules productrices d’hormones : l’hormone de croissance, la prolactine et l’hormone stimulant la thyroïde. La plupart du temps, une mutation de POU1F1 est récessive, mais il existe des cas où les variants ont un effet dominant. L’une ou l’autre cause génétique entraîne généralement de multiples déficiences hormonales.

Dans une étude récente, Camper et ses collègues ont découvert des défauts d’épissage dans POU1F1 dans six familles avec des enfants qui présentaient un déficit hormonal congénital. L’épissage est le processus par lequel les introns (les régions non codantes des gènes) sont retirés du transcrit d’ARN messager primaire, et les exons (les régions codantes) sont réunis pour former l’ARNm mature qui, à son tour, fabriquera la protéine. Dans l’hypophyse, deux formes de POU1F1 sont produites par épissage alterné : l’une prédominante est un activateur transcriptionnel (POU1F1-alpha) et l’autre, qui est généralement une forme rare, est un répresseur (POU1F1-bêta). Lorsque les sites amplificateurs d’épissage ou répresseurs sont mutés, le gène POU1F1 produit principalement le répresseur transcriptionnel qui arrête la production d’hormones, provoquant une taille extrêmement courte et une hypothyroïdie.

Les recherches de Camper ont suscité l’intérêt de Jacob Kitzman, professeur adjoint de génétique humaine et de médecine computationnelle et de bioinformatique à l’UMMS.

Kitzman a suggéré de créer et de tester toutes les mutations possibles, d’en trouver d’autres qui pourraient perturber l’épissage de la même manière que les variantes du patient, et d’apprendre quels facteurs les variantes perturbatrices d’épissage avaient en commun. Kitzman et son étudiante diplômée Cathy Smith ont appliqué des techniques expérimentales de mutagenèse et des analyses bioinformatiques que Kitzman avait précédemment développées pour l’analyse des variantes du cancer.

“Les effets d’épissage sont souvent difficiles à prévoir, nous avons donc pensé que ce serait une excellente occasion pour certaines des approches que mon groupe a développées de tester systématiquement des milliers de variantes à la fois”, a déclaré Kitzman.

L’équipe a trouvé plusieurs variantes qui pourraient perturber l’épissage sans affecter la modification de la séquence d’acides aminés de la protéine. Les scientifiques ont établi un catalogue de variantes génétiques qui affectent la façon dont le facteur de transcription est épissé dans l’hypophyse. Ce catalogue établit si une variante particulière est prédictive d’une maladie.

« Nous portons tous de nombreuses variantes dans nos gènes, et il est difficile d’identifier ceux qui sont délétères de ceux qui sont bénins. Pour la médecine de précision, nous devons comprendre l’effet possible de chaque variante, et ce catalogue est très utile pour cela », a expliqué Camper.

Cette équipe a ensuite demandé aux collaborateurs une liste de variants issus des séquences de leurs patients. Ils ont trouvé deux familles avec des variantes de POU1F1 qui correspondaient au catalogue de changements perturbateurs d’épissage déterminés expérimentalement qui ne modifient pas la séquence d’acides aminés. Cela confirme fortement que le catalogue de Camper et de ses collaborateurs identifie de manière fiable l’épissage variant qui provoque des maladies.

Cette étude a également permis de comparer plusieurs progiciels qui prédisent les résultats de l’épissage, et l’un s’est démarqué comme le meilleur prédicteur.

« Cette validation est plus largement intéressante pour les personnes qui travaillent sur n’importe quelle maladie. Cela leur donne plus de confiance dans les prévisions des logiciels de pointe et dans la qualité de leurs données et résultats », a déclaré Camper.

L’un des défis de l’étude des maladies rares est de trouver des patients, ce qui nécessite de nombreuses collaborations. Par exemple, le déficit en hormone hypophysaire survient dans environ 1 naissance vivante sur 4 000. Environ 3 % des cas sont dus à des mutations de l’isoforme alpha de POU1F1. L’étude collaborative de Camper s’appuie sur six familles non apparentées, trois de France, une du Brésil, une d’Allemagne et une d’Argentine. La collaboration a impliqué trois anciens boursiers post-doctoraux du laboratoire de Camper qui, à leur retour à Marseille, en France, à São Paulo, au Brésil, et à Buenos Aires, en Argentine, ont rejoint de grands hôpitaux pédiatriques. Le groupe français appartenait à un réseau d’endocrinologues dans les pays francophones, y compris en Afrique du Nord. Ils ont pu identifier trois familles avec des variants affectant l’épissage de POU1F1 pour cette étude.

« Lorsque l’on travaille sur une maladie rare, il est très utile d’établir de solides collaborations pour identifier et recruter des patients dont la participation est essentielle. Les résultats de notre étude sont beaucoup plus convaincants grâce aux six familles non apparentées qui présentaient le même type de défaut génétique », a déclaré Camper. “Personne ne pourrait le faire par lui-même.”

Dans une autre étude collaborative récente qui a examiné 170 patients argentins pour des mutations dans les gènes connus de l’hypopituitarisme, seuls 15% des patients avaient une mutation dans un gène connu. L’équipe de Camper prévoit maintenant de séquencer tout l’ADN de ces patients et espère découvrir d’autres gènes qui pourraient jouer un rôle dans ces maladies.

Camper et Kitzman sont également membres du corps professoral du UM Center for RNA Biomedicine.

Articles cités :

“Les tests d’épissage à haut débit identifient les variantes de POU1F1 fausses-sens et silencieuses perturbatrices de l’épissage sous-jacentes au déficit en hormone hypophysaire”, Le Journal américain de génétique humaine. DOI : 10.1016/j.ajhg.2021.06.013

“Identification complète des variantes de gènes pathogènes chez les patients atteints de troubles neuroendocriniens,” Tourillon de l’endocrinologie clinique et du métabolisme. DOI : 10.1210/clinem/dgab177

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