Unité: Génétique des Déficits Sensoriels - INSERM (U587)

Responsable: Christine PETIT

Les recherches menées dans l'unité de Génétique des Déficits Sensoriels ont pour objectif d'élucider les bases moléculaires des déficits sensoriels héréditaires chez l'homme, principalement des atteintes auditives. Sont escomptées de ces recherches, des applications médicales (diagnostic moléculaire et développement de nouvelles thérapies) ainsi qu'une compréhension du développement et du fonctionnement des organes sensoriels en termes moléculaires.

Comprendre les mécanismes qui sous-tendent le fonctionnement des systèmes sensoriels est un objectif auquel l'étude des dysfonctionnements héréditaires de ces systèmes peut contribuer depuis que les outils d'analyse génétique, puis génomique, ont été développés. Nous nous sommes dans un premier temps engagés dans l'étude du syndrome de Kallmann de Morsier qui comprend un déficit de l'olfaction, et avons identifié le 1er gène impliqué, KAL1, qui code pour un composant de la matrice extracellulaire, l'anosmine-1. Tout récemment, nous avons identifié un second gène impliqué, KAL2, qui code pour le récepteur FGFR1. Nous pensons que l'anosmine-1 module la signalisation FGF impliquée dans la formation du bulbe olfactif.

Au début des années 1990, notre choix s'est porté sur l'étude des surdités héréditaires humaines pour deux raisons : (1) elles constituaient alors un domaine inexploré de la pathologie sensorielle héréditaire, (2) elles devaient permettre d'aborder les bases moléculaires du développement et du fonctionnement de la cochlée (organe récepteur de l'audition), alors totalement inconnues.

Depuis 1995, nous avons identifié les gènes responsables de deux formes du syndrome de Usher de type I (USH1B et USH1C), qui associe une surdité neurosensorielle profonde et une rétinopathie pigmentaire évoluant vers la cécité, ainsi qu'un gène défectueux dans le syndrome branchio-oto-rénal. Nous avons également identifié les gènes atteints dans cinq formes de surdité isolée récessive (DFNB2, DFNB9, DFNB16, DFNB18, DFNB21) et deux formes de surdité isolée dominante (DFNA2, DFNA3). En 2002-2003, nous avons ajouté à cette liste les gènes impliqués dans les surdités isolées DFNB22 et DFNB31, et dans une autre forme du syndrome de Usher de type I, USH1G. Ces gènes codent respectivement pour l'otoancorine, la whirline, et la protéine SANS.

Par des approches expérimentales complémentaires, nous avons obtenu un ensemble de résultats sur la fonction des protéines codées par ces gènes. On retiendra que ces gènes interviennent pour la plupart dans l'un des quatre processus suivants : (1) la structure de la membrane tectoriale, membrane acellulaire qui couvre l'épithélium sensoriel auditif et qui participe à la transmission de l'énergie de l'onde sonore à la touffe ciliaire des cellules sensorielles, (2) le développement de la touffe ciliaire, structure réceptrice du son composée d'un ensemble de microvillosités rigides, les stéréocils, et qui abrite la machinerie de transduction mécano-électrique, (3) le fonctionnement de la synapse des cellules sensorielles (synapse à "rubans"), et (4) la communication entre cellules par les jonctions communicantes.

Développement de la touffe ciliaire .

Quatre composants de la touffe ciliaire ont été identifiés : la myosine VIIa, la whirline, l'harmonine et la stéréociline. Les mutations des gènes codant pour la myosine VIIa et l'harmonine sont responsables d'un syndrome de Usher de type I (formes USH1B et USH1C), plus rarement d'une surdité isolée. Harmonine et whirline sont deux molécules à domaines PDZ, protéines sous-membranaires qui organisent des complexes protéiques. La queue des myosines non conventionnelles, telle que la myosine VIIA, se lie à des protéines sur lesquelles la force motrice de la myosine s'exerce. Les structures auxquelles ces protéines sont associées sont alors mises sous tension, et peuvent même dans certains cas se déplacer. Dans le but de comprendre le rôle de la myosine VIIa, une étude de ses ligands a été entreprise. Elle nous a permis d'identifier une nouvelle molécule transmembranaire ubiquitaire des jonctions intercellulaires d'adhérence, la vézatine, appartenant au même complexe que la E-cadhérine, et ainsi de proposer un rôle pour la myosine VIIa dans l'adhérence entre les cellules. Nous avons ensuite montré que la myosine VIIa est une protéine d'ancrage de la protéine kinase A. Un troisième ligand de cette myosine se lie à rab27, présent à la surface des mélanosomes, expliquant ainsi l'anomalie de position des mélanosomes dans les cellules de l'épithélium pigmentaire de la rétine chez les patients atteints du syndrome USH1B. Enfin, nous avons montré que les isoformes b de l'harmonine, présentes dans la touffe ciliaire en développement, d'une part se lient aux filaments d'actine et induisent leur regroupement en faisceaux, et d'autre part interagissent avec la cadhérine-23, une autre protéine impliquée dans le syndrome de Usher de type I (USH1D) et qui forme des liens interstéréociliaires transitoires. Ainsi, trois protéines défectueuses dans trois formes du syndrome de Usher de type I concourent à un réseau d'interactions moléculaires, qui contribue à la cohésion de la touffe ciliaire en croissance en solidarisant ses stéréocils par l'ancrage des liens qui les connectent aux filaments d'actine formant le cytosquelette de chaque stéréocil. De plus, nous avons montré que la protéine codée par le gène SANS interagit elle aussi avec l'harmonine.

Synapses des cellules sensorielles .

Dans une étude collaborative, nous avons montré que la surdité DFNA2 est due à un défaut du canal potassique KCNQ4, exprimé principalement par les cellules ciliées externes (dont la fonction essentielle est l'amplification de la stimulation sonore) et les neurones de la voie auditive centrale. Surtout, l'identification du gène responsable d'une autre forme de surdité récessive, DFNB9, nous a conduit à découvrir l'otoferline, une protéine de la même famille que les dysferlines, qui est impliquée dans le fonctionnement synaptique des cellules ciliées internes (authentiques cellules sensorielles auditives).

Jonctions communicantes .

La connexine26 est défectueuse dans une forme de surdité récessive, DFNB1, dont nous avons montré qu'elle rend compte, à elle seule, d'environ un tiers des cas de surdité de l'enfant. Les deux réseaux cellulaires cochléaires formés par des jonctions communicantes, le réseau épithélial et le réseau fibrocytaire, expriment la connexine26 et la connexine30, dont le déficit conduit également à une surdité. Compte tenu de la fréquence de la forme de surdité DFNB1, nous nous sommes engagés dans l'étude de sa pathogénie. L'inactivation ubiquitaire du gène qui code pour la connexine26 (Cx26) est létale chez la souris. Nous avons donc réalisé une inactivation conditionnelle de Cx26 dans le réseau épithélial, et avons analysé le phénotype des souris mutantes, ainsi que celui de souris chez lesquelles le gène qui code pour la connexine30 (Cx30) avait été inactivé de façon ubiquitaire. Dans les deux cas, une mort par apoptose des cellules de l'épithélium sensoriel auditif est observée dès le début de la 3ème semaine postnatale, c'est à dire peu après que les souris sauvages ont commencé à entendre. De surcroît, le potentiel endocochléaire, une différence de potentiel transépithéliale entre compartiments endolymphatique et périlymphatique. qui apparaît normalement dès la 2ème semaine de vie, n'est pas décelé chez les souris Cx30-/-. Ce résultat nous a permis de conclure au rôle essentiel de la connexine30 dans la strie vasculaire, site de production de cette différence de potentiel.

Ces résultats ont été obtenus grâce à la synergie des activités des différents membres du laboratoire. Les banques d'ADNc soustraites générées par certains ont aussi servi à d'autres pour isoler des gènes de surdité ; elles ont été la source de promoteurs utilisés par plusieurs pour générer des inactivations conditionnelles de gènes dans l'oreille. Compte tenu de la structure complexe de l'oreille interne, les connaissances en histologie et en embryologie de certains ont été précieuses pour permettre le passage de l'isolement des gènes responsables de surdité à l'étude de la pathogénie des formes de surdité correspondantes. Un véritable transfert de connaissances entre spécialistes de biologie moléculaire, embryologistes et médecins ORL, s'est rapidement produit. Un dialogue étroit entre ceux qui cherchent de nouveaux gènes impliqués dans la surdité et ceux qui travaillent à définir les réseaux d'interaction moléculaire où s'insèrent les produits des gènes déjà identifiés, a été source d'idées et de résultats pour les uns et les autres. L'articulation constante avec la clinique a permis de mettre en évidence la fréquence de l'atteinte du gène de la connexine26, d'apporter la première description clinique d'une forme génétique de surdité isolée et surtout d'évaluer les implications médicales de nos travaux. L'activité de conseil génétique pour les familles comportant des individus sourds s'est considérablement améliorée.

Légende

(A,B) Localisation de la myosine VIIa (A) et de l'un de ses ligands (B), protéine transmembranaire (TM), au niveau de la touffe ciliaire des cellules ciliées internes (CCI) et externes (OHC, forme en V) de l'organe de l'audition. (C) Modèle illustrant le rôle de tension exercée par la myosine VIIa entre la membrane plasmique (PM), via son ligand transmembranaire, et le cytosquelette d'actine (F-actin) sous-jacent, via sa tête motrice. (A. El-Amraoui).

Mots-clés: Génétique humaine, Déficits sensoriels, Surdités, Biologie cellulaire, Physiologie sensorielle


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