Soutenance de thèse de Mégane DELOURME

La dystrophie facio-scapulo-humérale (FSHD), 3ème dystrophie la plus fréquente, est caractérisée par une faiblesse asymétrique et progressive de certains groupes de muscles, initialement ceux de la face, de la ceinture scapulaire et des bras. Les symptômes apparaissent généralement à la fin de la 2ème décade de la vie. Cette pathologie est marquée par une grande variabilité clinique et une pénétrance incomplète. Génétiquement, deux types de FSHD ont été décrits. Dans 95% des cas, la FSHD1 est associée à la contraction du macrosatellite D4Z4. Dans les 5% restants (FSHD2), il n’y a pas de diminution du nombre de répétitions D4Z4. Des mutations du gène SMCHD1 sont retrouvées pour 90% de ces patients. Dans les deux types de FSHD, une hypométhylation du locus est retrouvée. L’objectif de ma thèse était de contribuer à l’amélioration du diagnostic de la FSHD et de développer le diagnostic de la FSHD2. Il s’agissait aussi de mieux comprendre les mécanismes physiopathologiques sous-jacents. Ainsi, mon projet s’est articulé autour de deux axes. Le premier axe était un axe translationnel basé sur l’exploration d’une cohorte importante de patients, afin d’approfondir l’étude des mécanismes moléculaires dans la FSHD. Nous nous sommes intéressés à la description de patients porteurs de remaniements complexes des régions 4q et 10q. Concernant le diagnostic, nous avons comparé les résultats de peignage moléculaire à la cartographie optique en molécule unique afin d’évaluer si cette technique était suffisamment résolutive pour mettre en évidence les remaniements du locus 4q35. Cette dernière méthode n’a pas permis de révéler les réarrangements décrits par peignage moléculaire. De par la mise en place du diagnostic moléculaire de la FSHD2, nous avons également décrit notre cohorte de patients atteints de ce sous-type, et avons cherché à déterminer une épisignature génomique (profil de méthylation de l’ADN) liée à des variants SMCHD1 à partir de l’ADN de cellules sanguines de plusieurs patients FSHD2. Dans notre cohorte, nous montrons qu’il n’y a pas de lien entre le nombre de répétitions D4Z4, la méthylation et le type de mutation de SMCHD1. Une épisignature basée sur l’utilisation de 85 sondes différentiellement méthylées permet de ségréger les patients indépendamment des contrôles. Enfin, je me suis intéressée à l’impact de l’hypométhylation retrouvée dans la FSHD1 dans la transmission de celle-ci. Nous avons tenté d’établir une corrélation entre l’âge d’apparition des symptômes, la méthylation de D4Z4 et la transmission de la maladie au sein de familles sur trois générations. Les premiers symptômes semblent apparaître plus tôt et l’hypométhylation être plus marquée lorsque la transmission de la maladie est maternelle. La méthylation est directement corrélée avec l’âge d’apparition des symptômes. Le deuxième axe, plus fondamental, s’est intéressé aux aspects fonctionnels de la FSHD. Pour cela, nous avons développé un protocole permettant de différencier des cellules souches à pluripotence induite de patients en fibres musculaires innervées. Ces cellules nous ont servi de modèle d’étude afin d’appréhender le transcriptome dérégulé dans la FSHD. Les voies majoritairement dérégulées concernent l’appareil contractile du muscle squelettique ; cela nous est confirmé par analyse fonctionnelle. Enfin, nous nous sommes intéressés au rôle de SMCHD1 dans la régulation de l’architecture chromatinienne dans des cellules de patients atteints de FSHD2 ou du syndrome de Bosma. En effet, des mutations de SMCHD1 sont retrouvées dans ce dernier, qui est un syndrome développemental rare sans aucune atteinte musculaire. Ces travaux ont mis en évidence de multiples rôles de SMCHD1 selon le contexte génomique, et notamment dans la régulation de la méthylation de novo et de l’organisation chromatinienne. Ainsi, mes travaux ont permis une meilleure compréhension de cette pathologie complexe qu’est la FSHD, d’autant d’un point de vue moléculaire que fonctionnel.

Facioscapulohumeral dystrophy is the 3rd most common muscular dystrophy, and is characterized by asymmetric and progressive weakness of certain muscle groups, initially those of the face, shoulder girdle and arms. The onset of symptoms usually arises during the 2nd decade of life. This pathology is marked by a very high clinical variability and incomplete penetrance. Two types of FSHD have been described. In 95% of cases (FSHD1), the disease is associated with the contraction of D4Z4 macrosatellite. In the remaining 5% of cases (FSHD2), there is no decrease in the number of D4Z4 repeats but mutations in the SMCHD1 gene are then found in the majority of these patients. In both types of FSHD, a hypomethylation of the locus is observed. The general objective of my thesis was to contribute to the improvement of the diagnosis of FSHD, but also to better understand the underlying physiopathological mechanisms. For that, my project was articulated around two axes. The first axis was a translational axis based on the exploration of a large cohort of patients, and aimed at further studying the molecular mechanisms of FSHD. We were first interested in the description of patients with complex rearrangements of the 4q and 10q regions. From a diagnostic point of view, we compared the use of molecular combing with single-molecule optical mapping in order to evaluate whether this second method is able to resolve these genomic variants. The latter method did not reveal the complex rearrangements described by molecular combing. With the establishment of molecular diagnostics for FSHD2, we also molecularly described our cohort of patients with this subtype, and sought to determine a genomic episignature related to SMCHD1 variants from the DNA of blood cells from these patients. In our cohort, there was no association between D4Z4 repeat number, DNA methylation level and SMCHD1 mutation type. An episignature based on the use of 85 specific probes allows segregation of patients independently of controls. Finally, I was interested in the impact of the hypomethylation found in FSHD1 in the transmission of the disease. We then tried to establish a correlation between the age of onset of symptoms, D4Z4 methylation and the transmission of the disease across three generations. The first symptoms appear earlier when the transmission of the disease is maternal. The same observation occurs regarding DNA hypomethylation. Methylation is directly correlated with the age at onset, at a fixed number of repeats. The second axis, more fundamental, was focused on the functional aspects of FSHD. For this purpose, we developed a protocol to differentiate induced pluripotent stem cells from patients into innervated skeletal muscle fibers. These cells were used as a study model to understand the deregulated transcriptome in FSHD. The predominantly deregulated pathways correspond to the skeletal muscle contractile apparatus. This observation was confirmed by functional analysis in live cells. Finally, we were interested in the role of SMCHD1 in the regulation of chromatin architecture in the context of FSHD2 and Bosma syndrome. Indeed, SMCHD1 mutations are also found in the latter, a rare developmental syndrome without any muscle involvement. This work has highlighted multiple roles for SMCHD1 depending on the genomic context, and in particular in the regulation of de novo methylation and chromatin organization. Thus, my work has allowed a better understanding of this complex pathology, both from a molecular and functional point of view.