Ecole Doctorale

Sciences de la Vie et de la Santé

Spécialité

Biologie-Santé - Spécialité Génétique

Etablissement

Aix-Marseille Université

Mots Clés

génétique,muscle,myopathies,calcium,CAPN3,STIM1

Keywords

genetic,msucle,myopathies,calcium,CAPN3,STIM1

Titre de thèse

De la mutation à la compréhension des mécanismes pathologiques dans les myopathies : les cas des gènes CAPN3 et STIM1
From genetic mutation to deciphered pathological mechanism in myopathies : the cases of CAPN3 and STIM1 genes

Date

Mardi 25 Mai 2021

Adresse

Faculté des sciences médicales et paramédicales 27 boulevard Jean Moulin 13385 Marseille 5 Salle du CERIMED

Jury

Directeur de these M. Marc BARTOLI Aix Marseille Université
Rapporteur Mme Isabelle MARTY Grenoble Institut des Neurosciences
Rapporteur M. Stéphane KONIG Université de Genève
Examinateur Amets SAENZ PENA Biodonostia Health Research Institute
Examinateur M. Michel KOENIG Université de Montpellier
Examinateur M. Nicolas LEVY Aix Marseille Université

Résumé de la thèse

Les maladies rares constituent une part importante et particulière des pathologies humaines. Une maladie est définie, en Europe, comme maladie rare lorsqu’elle touche au moins une personne sur 2000. De nos jours, plus de 7000 maladies rares ont été identifiées parmi lesquelles 80% sont des maladies d’origine génétique. Chacune de ces maladies affectent un nombre restreint de personne, mais lorsque l’on considère l’ensemble des maladies rares, elles concernent une personne sur 20. A l’échelle nationale, cela représente environ 3 millions de personnes et 300 millions à l’échelle mondiale. Selon les régions du globe ou les populations, la prévalence de ces pathologies est variable. Dans le cadre de ces maladies, la recherche doit être centrée autour du patient avec chaque étape permettant d’aider la qualité de vie et la durée de vie de celui-ci. Aujourd’hui, une impasse diagnostique, c’est-à-dire l’absence de diagnostic moléculaire établit, concerne un tiers des patients atteints de maladies rares. L'errance diagnostique a une durée moyenne de quatre ans et conduit à une certaine détresse chez les patients. Ces maladies sont souvent qualifiées de maladies « orphelines » en raison d’une absence de traitement curatifs, seuls des traitements symptomatiques existent. Ces maladies sont généralement sévères et chroniques et leur évolution est souvent progressive au cours de la vie. La recherche translationnelle est définie par une recherche transversale entre les patients, le personnel soignant et les laboratoires de recherche autour de trois axes. Dans un premier temps, l’identification de mutations génétiques a beaucoup évolué ces dernières années. Plusieurs étapes d’analyses sont nécessaires pour identifier la mutation responsable de la maladie de nos patients. Dans un second temps, une fois la ou les mutations identifiées, il est important de comprendre comment cette/ces mutation(s) conduit(sent) au développement de manifestations cliniques. Enfin, après compréhension des mécanismes pathologiques, des stratégies thérapeutiques à visée curative peuvent être envisagées. Celles-ci se feront d’abord sur des modèles in vitro, comme les modèles cellulaires puis sur des modèles in vivo avec l’utilisation de modèles animaux avant de proposer le traitement aux malades. Ce travail de thèse a abordé plusieurs aspect de cette recherche translationnelle dans le cadre de deux projets. Le premier projet concerne les calpaïnopathies qui sont des maladies faisant partie des dystrophies musculaires des ceintures. Elles sont provoquées par des mutations dans le gène codant la calpaïne-3, une protéase spécifique des muscles squelettiques. Dans le cadre de ce travail, nous avons identifié un nouveau mode de transmission de ces maladies et caractérisé l’effet pathogène de nombreux variants à deux niveaux. D’abord au niveau de l’épissage, une étape importante de la maturation des transcrits, puis au niveau protéique avec l’analyse des fonctions catalytiques de la calpaïne-3. Le second projet aborde les maladies associées à des mutations dans le gène codant la protéine STIM1. Cette protéine est un acteur essentiel de la régulation de l’homéostasie calcique en activant un flux particulier. Selon les maladies, ce flux calcique est augmenté ou diminué. Dans le cadre de ce projet, nous avons identifié une nouvelle mutation du gène STIM1 conduisant au développement d’une canalopathie CRAC associant classiquement faiblesse musculaire, dysplasie ectodermale et problèmes immunitaires. Nous avons également étudié les mécanismes pathologiques dans le cas d’un gain de fonction permettant d’envisager plusieurs axes d’études pour le développement de thérapies.

Thesis resume

Rare diseases are an important and specific part of human pathologies. In Europe, a disease is considered as rare when it affects at least one person over 2000. Nowadays, more than 7000 rare diseases have been identified among which 80% are genetically inherited. Taken alone, each rare disease affects a small group of persons, but taken together they concern one over 20 persons. This represents almost 3 million people in France and 300 million in the world. Depending on geographic region or populations, these pathologies’ prevalence may be different. Research around rare diseases must be focused on patient. Each research steps leads to an improvement of the quality and the duration of patients’ life. To date, almost a third of patients with rare disease are in deadlock diagnosis with no molecular diagnosis. The average duration of wandering diagnosis is four years and lead to distress for patients. These diseases are usually qualified as “orphan” disease as there is no curative treatment for them. Only symptomatic treatments exist. These diseases are usually severe, chronic and has a progressive evolution during life. Translational research is defined by cross-disciplinary research between patients, healthcare personnel and research laboratories around three axes. First, the identification of genetic mutations which has undergo major evolution recently. Indeed, many analysis steps are necessary to identify the one responsible for the disease of our patients. Secondly, one the mutations are identified, the pathological mechanism of the disease needs to be deciphered to understand how it leads to the development of symptoms. Finally, curative therapeutic strategies may be considered. These will be developed with the use of in vitro model at first, then in vivo animal models and finally be available to treat patients. Different aspect of translational research has been studied in this thesis, especially on two research projects. The first one concerns calpaïnopathies which are part of the limb-gridle muscular dystrophies. They are caused by mutations in the gene coding for calpain-3, a protease specific to skeletal muscle. For this project, we have identified a new transmission mode of these diseases and characterized the pathogenic effect of numerous variants on two levels. First at the splicing level, an important step in the maturation of transcripts, and then at the protein level with the analysis of calpain-3 catalytic functions. The second project concerns diseases associated with mutations in the gene encoding the STIM1 protein. This protein is key actor in calcium homeostasis with the activation of a specific calcium influx. Depending on the disease, this flux positively or negatively altered. We have identified a new mutation in STIM1 gene leading to a loss of STIM1 function and the development of a CRAC channelopathy. We have also studied the pathological mechanisms in the context of gain of function mutations allowing to consider new research axes for therapeutic strategies.