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Partie 3 : Pathogénèse de la DM1

Table des matières

     Bien que la mutation associée à la DM1 ait été identifiée en 1992, les mécanismes par lesquels la mutation induit la maladie sont inconnus. La première hypothèse émise est que la diminution d’expression de la protéine DMPK et des protéines codées par les gènes voisins au gène de la DMPK cause les phénotypes de la maladie. Une deuxième hypothèse a été émise suite à des expériences d’hybridation in situ démontrant que l’ARN messager muté de la DMPK forme des focis à l’intérieur du noyau (Taneja et al., 1995), suggérant que l’ARN messager contenant des répétitions élevées de CUG n’est pas exporté dans le cytoplasme pour y être traduit (Davis et al., 1997).

L’expansion des CTG dans l’ARN messager muté de la DMPK prévient l’exportation dans le cytoplasme de celui-ci. Les ARN mutés sont donc retenus au noyau et forment des focis. Conséquemment, chez les personnes atteintes de DM1, seuls les transcrits normaux de la DMPK sont traduits en protéines. Donc, une diminution d’environ 50% de la protéine DMPK est observée par des expériences d’immunobuvardage de type Western sur des extraits protéiques de cellules dystrophiques (Furling et al., 2001). Ces résultats appuient une première hypothèse émise expliquant comment un triplet de nucléotides répétés localisé dans une région non traduite d’un gène peut générer les phénotypes de la maladie : l’expansion de CTG cause une haplo-insuffisance de la DMPK, due à la rétention nucléaire de son ARN messager muté.

Plusieurs lignées de souris transgéniques ont été produites afin de vérifier cette hypothèse. Les souris homozygotes DMPK -/- et celles surexprimant la protéine DMPK humaine n’ont pas développé pas de signes caractéristiques de la DM1 (Jansen et al., 1996; Berul et al., 1999; Reddy et al., 1996). Ces résultats suggèrent donc que la diminution de l’expression de la DMPK induite par la rétention au noyau du transcrit muté de cette protéine n’engendre pas, à elle seule, les symptômes de la DM1.

La structure moléculaire de la guanine et de la cytosine permet de faire trois liaisons de type hydrogène entre elles, tandis que la structure moléculaire de l’adénine et de la thymine permet de faire deux liaisons de type hydrogène. Par conséquent, les interactions C-G sont plus stables que les interactions A-T. Ceci permet la formation de structures secondaires stables dans l’ADN par les répétitions de nucléotides CTG. Ces structures secondaires sont connues pour condenser la chromatine dans les régions voisines (Wang et al., 1994). Des expériences ont démontré qu’une chromatine plus condensée est moins apte à être transcrite. Ainsi, il est vraisemblable que les CTG répétés, localisés en région 3’ non traduite de la DMPK, entraînent une répression de la transcription des gènes adjacents engendrant les manifestations cliniques observées dans la DM1. Effectivement, les gènes situés en amont et en aval de celui de la DMPK, DMWD et SIX5, ont été démontrés in vitro comme étant régulés négativement en présence des CTG répétés (Alwazzan et al., 1997; Klesert et al., 1997; Thorton et al., 1997). La lignée de souris SIX5 -/- a développé des cataractes, suggérant que ce défaut caractéristique de la DM1 est associé à une diminution de l’expression de la protéine codée par le gène SIX5. Les souris DMWD -/- n’ont pas montré de symptômes observés chez les patients atteints de la DM1 (Klesert et al., 2000; Sarkar et al., 2000).

Le gain de fonction se décrit comme une altération du métabolisme de la cellule augmentant ou diminuant une ou des fonctions cellulaires. Les altérations observées dans les myoblastes dystrophiques sont principalement un défaut dans l’épissage des introns de gènes spécifiques et également un défaut dans la transcription de certains gènes.

Les ARN messagers mutés de la DMPK s’accumulent à l’intérieur du noyau, menant à la formation de focis. Ces derniers sont connus pour séquestrer des protéines. La rétention de ces dernières à ces focis induit un changement dans l’épissage de certains gènes (Timchenko et al, 1996a). De plus, le gain de fonction induit par les ARN messagers mutés de la DM1 est observé par l’inhibition de la différenciation terminale des myoblastes effectuant la transcription de la région 3’ non traduite de la DMPK (Amack et al. 1999). Les souris transgéniques ayant intégré dans leur génome les répétitions caractéristiques de la DM1 ont développé les symptômes associés à cette maladie (Mankodi et al., 2000; Seznec et al., 2001). Un autre modèle animal a généré des résultats similaires : une lignée de souris ayant dans son génome un nombre élevé de répétitions CTG dans la partie 3’ non traduite du gène de l’actine humaine a montré des symptômes de la DM1, tels que la myotonie, les défauts du système musculaire exceptée la faiblesse musculaire, et des focis nucléaires. Ces expériences démontrent que le phénomène de gain de fonction observé dans les myoblastes DM1 est généré par l’accumulation à l’intérieur du noyau des ARN messagers mutés de la DMPK (Mankodi et al., 2000).

Le gène cTNT (Philips et al., 1998), le gène du récepteur à l’insuline (Savkur et al., 2001), le gène du canal de chlore spécifique au muscle (Charlet et al., 2002; Mankodi et al., 2002), le gène tau (Sergeant et al., 2001) et le gène myotubularin (Buj-Bello et al., 2002) présentent des défauts d’épissage des introns dans les cellules dystrophiques. Le patron d’expression de ces gènes, ou la fonction physiologique des protéines codées par ces gènes, permet d’y associer un ou plusieurs phénotypes observés chez les personnes atteintes de DM1.

     La protéine CUG-BP fait partie de la famille des protéines de type heterogenous nuclear ribonucleoprotein et est connue pour lier les ARN simple brin sur les séquences CUG (Roberts et al. 1997; Timchenko et al., 1996b). Cependant, cette protéine ne colocalise pas avec les focis nucléaires. Le rôle de la protéine CUG-BP est d’effectuer plusieurs modifications post-transcriptionnelles, notamment l’épissage des introns. Il a été démontré que la forme hypophosphorylée de CUG-BP est augmentée dans les cellules dystrophiques, ce qui favorise son accumulation au noyau (Timchenko et al., 1999; Timchenko et al., 2001a). De plus, des expériences de surexpression de cette protéine dans des cellules normales résultent en un défaut d’épissage semblable à celui observé dans les myoblastes prélevés de sujets atteints de DM1 (Faustino et al, 2003). Ces expériences suggèrent que l’accumulation nucléaire de CUG-BP est responsable des problèmes d’épissage de gènes tels que cTNT, le gène du récepteur à l’insuline et celui du canal de chlore spécifique aux muscles, comme observés dans la DM1 (Phillips et al., 1998; Savkur et al., 2001; Charlet et al., 2002).

La protéine muscleblind (MBNL) est impliquée dans la différenciation terminale des cellules musculaires et dans le développement des cellules du système oculaire. MBNL est capable de lier les longues séquences de nucléotides CUG en double brin, ce qui explique sa séquestration aux focis nucléaires. L’inhibition de cette protéine in vivo a montré des signes caractéristiques de la DM1. En effet, la lignée de souris transgéniques MBNL -/- a développé des anomalies oculaires, musculaires et d’épissage. Par conséquent, le gain de fonction induit par les ARN mutés peut être en partie expliqué par la séquestration de MBNL dans les focis nucléaires. Cependant, les souris MBNL -/- n’ont pas montré une augmentation de l’expression de CUG-BP, ce qui est en opposition avec les résultats des expériences de surexpression de CUG-BP causant la pathologie de la maladie (Kanadia et al., 2003).

     L’hypothèse du gain de fonction des ARN mutés sur les facteurs de transcription est supportée par des expériences démontrant que les ARN messagers mutés séquestrent des facteurs de transcription, normalement localisés sur la chromatine active. Conséquemment, on observe une diminution de l’expression de gène, notamment celui codant pour le canal de chlore spécifique aux muscles, ClC-1. Ce gène est connu pour être régulé dans la DM1. La surexpression dans des myoblastes dystrophiques de Sp1, un facteur de transcription connu pour être séquestré aux focis nucléaires, corrige le niveau d’expression de ClC-1, illustrant ainsi l’effet du gain de fonction des ARN mutés dans la DM1 sur les facteurs de transcription (Ebralidze et al., 2004).

La dystrophie myotonique de type 1 se distingue des autres dystrophies musculaires du fait qu’elle présente un phénomène d’anticipation. La réplication des répétitions de CTG semble induire l’anticipation. Effectivement, des études faites chez Escherichia coli (Jaworski et al., 1995; Kang et al., 1995; Samadashwily et al., 1997; Sakar et al., 1998) ont montré que les répétitions de CTG pouvaient être amplifiées ou réduites, dépendamment de leur localisation. En effet, on a observé une augmentation du nombre de CTG lorsque ceux-ci se situent sur le brin codant de l’ADN, tandis que le nombre de répétitions diminue lorsque ceux-ci se localisent sur le brin non-codant (Iyler and Wells, 1999; Kang et al., 1995). De plus, d’autres études chez Escherichia coli ont démontré que les fragments d’Okazaki peuvent faire varier le nombre de répétitions de CTG (Sarkar et al., 1998). De plus, il semble que les protéines impliquées dans la réparation de l’ADN par excision de bases pourraient aussi causer l’anticipation (Korade-Mirnics et al., 1998; van Den Broek et al., 2002) .

Les modèles animaux générés par insertion dans leur génome d’un fragment plus ou moins long contenant le gène de la DMPK avec 55 CTG répétés et les gènes adjacents SIX5 et DMWD ont montré une instabilité génétique caractéristique de la DM1 (Gourdon et al., 1997; Monckton et al., 1997). Une lignée de souris transgéniques générées par insertion d’un fragment génomique contenant 300 CTG répétés a reproduit plusieurs manifestations cliniques de la DM1. On peut observer chez ces souris une instabilité génétique, une atrophie des fibres musculaires, de la myotonie et la formation de focis nucléaires. Présentement, c’est le modèle animal qui reproduit le plus fidèlement les symptômes de la DM1 (Seznec et al., 2000).

© Daniel Beaulieu, 2005