Physiopathologie des lamines A

Dr Corinne VigourouxRonéotypeur : Simon GressensDate : 14/11/11

I. Fonctions des laminesII. Synthèse des lamines

III.Exemples de laminopathiesA. Dystrophie musculaire : maladie d'emery-dreifuss

B. Neuropathie périphériqueC. Lipodystrophie de DunniganD. Dysplasie acro-mandibulaire

E . Progeria de HutchinsonF. Dermopathie restrictiveIV. Travaux réalisés

A. ProgeriaB. Dystrophie musculaire

C. Lipodystrophie et syndromes de vieillissement accéléréD. Lien avec traitement antiprotéases du VIH

I. Fonctions des lamines

• Les lamines ressemblent aux Filaments intermédiaires qui organisent le CytoSquelette → Ce sont donc des protéines de structure avec en particulier une structure sur-enroulée en hélice alpha qui permet de s'organiser en dimère/tétra/multimère

• Les lamines sont les seules qui sont dans le noyau• différence avec FI : en Cter : il y a un NLS (signal de localisation nucléaire) et une structure en feuillet béta (ressemble à une Immunoglobuline) : structure qui intervient dans l'interaction protéine/ADN ou avec d'autres partenaires→ Ce sont des protéines très conservées au cours de l'évolution

• les lamines sont importantes parce qu’elles structurent l'enveloppe nucléaire du noyau : réseau assez solide qui donne sa forme au noyau, et liaison à d'autres protéine (molécules transmembranaires de la membrane nucléaire). Les lamines sont plaquées contre la membrane (et interaction avec pores nucléaires, on pense qu'elles permettraient d'amarrer ces pores)

• d'autres lamines sont dans le nucléoplasme et sont en interaction avec des Facteurs de Transcription (régulent des gènes dont certains sont impliqués dans les processus de différenciation cellulaire)

• les lamines structurent aussi la chromatine : interaction avec ADN en C-terminal→ lamines contribuent à répression hétérochromatine et activation de l'euchromatine

• On sait aussi que lamines interagissent avec des protéines transmembranaires qui sont en interaction avec le cytosquelette (CS) → on pense que lamines ont un rôle d'organisation du CS du cytoplasme de façon indirecte

II. Synthèse des lamines

• lamines synthétisées par expression d'un gène sur sur le chromosome 1→ 2 isoformes : lamines C, et A (plus complexe avec un domaine supplémentaire et maturation (épissage alternatif))

• Forme A : synthèse avec des résidus en C-ter : Cystéine – alpihatique - aliphatique – X : motif de farnésylation (qui s'attache sur la fonction thiol : liaison thioester de la cystéine). Ce groupement farnésyl est très hydrophobe : adressage aux membranes. On pense que c'est comme ça qu'elles se collent à membrane du noyau. Mais cette farnélysation est transitoire : clivage par Zmpste 24 (métalloprotéase) : fait disparaître partie C-ter emportant le résidu farnésyl

• Quand mutation de la lamine A : ++ pathologies (musculaires,maladie du TA, vieillissement accéléré (progeria))....

III. Exemples de laminopathies

A/ Dystrophie musculaire : maladie d'emery-dreifuss → myopathie progressive ( touche muscles distaux & le coeur), → rétraction tendineuse (raideur), t→ rouble du rythme et de la conduction cardiaque : risque très élevé de mort subite (8/17 atteints d'une même famille)

→ peut aussi se présenter avec muscle proximaux→ ou juste le cœur : cardiomyopathie dilatée avec défauts de la conductionon ne sait pas pourquoi on a tel ou tel phénotype→ on a récemment lié une dystrophie musculaire congénitale chez l'enfant à ces mutations

→ 10% des cardiomyopathies dilatées sont congénitales : dont la moitié sont dues à mutation de la lamineA/C→ il ne suffit pas d'un pacemaker : il faut prévenir avec pose défibrillateur implantable pour prévenir morts subites ++ (dans les laminopathies avec atteinte cardiaque décrites ci dessus)

B/ Neuropathie périphérique : mutation homozygote/récessive (neuropathie axolnale de Charcot-Marie-Tooth type 2B)→ déficit et atrophie des muscles distaux, déformation pieds, aréflexie→ vitesse de conduction nerveuse normale ou peu diminuée→ défaut de myénilinisation et dégénérescence axonale

••• Mutations peuvent être n'importe ou sur le gène, que ce soit dans les dystrophies musculaires ou les neuropathies : généralement mutations faux sens( change aa pour un autre). Mais une des mutations est plus intéressante : Glu6 donne STOP (protéine tronquée ++ : absence de lamine car à l'acide aminé numéro 6 : prot très très courte)→ comme maladie hétérozygote : un seul chromosome peut donner synthèse de la protéine : notion

d'haplo-insuffisance : c'est mécanisme de perte de fonction

C/ lipodystrophie de Dunnigan (pas de Tissu Adipeux sous cutané)• Autosomale dominante d'expression post-pubertaire• Lipoatrophie des membres• Accumulation cervico-faciale de tissu adipeux: facies cushingoïde• Hypertrophie musculaire • Hypertriglycéridémie • Résistance à l'insuline • Stéatose hépatique• Athérosclérose prématurée • Syndrome des ovaires polykystiques

→ Quand perte du tissu adipeux : lipodystrophie/atrophie : répercussion sur métabolisme de l'organisme→ lorsque pas de possibilité de stock des TG (triglycérides) : augmentation des AGL (AG libres) circulants, diminution de l'adiponectine et leptine→ stockage par les autres tissus : très délétère car seuls les adipocytes sont faits pour cela.: dans le foie : stéatose du foie (peut progresser vers cirrhose et cancer) et il augmente sa production de glucose : contribue à hyperglycémie et donc diabète des patients: dans le muscle : va moins utiliser glucose par compétition : hyperglycémie: dans le pancréas : à terme : dysfonction des ¢ béta des ilôts de Langerhans

→ mêmes conséquences métaboliques que l'obésité

••• mutations qui donnent les lipodystrophies génétiques : la plus fréquente : arg 482 (transformée

en un aa non chargé : perte de charge : perte de liaison ionique) : pourrait expliquer difficulté d'interaction ionique

→ Si on regarde cristallisation du domaine Ig-like : dans les lipodystrophie : ne changent pas du tout la structure 3D de la lamine : mais change une charge à surface (alors que dans myopathie : déstabilisation des feuillets béta)

• Etudes de fibroBlastes : noyaux destructurés (anomalie de la forme)(lamines sont facilement étudiables car exprimées par toutes les ¢)

• Lamine B : constitutive dans toutes les ¢ de l'organisme et qui forme avec la lamine A un réseau d'hétérodimèreDans LFPD ( Familial Partial Lipodystrophy of the Dunnigan Type) : Forme anormale : bourgeon en nid d'abeille, et la composition de l'enveloppe nucléaire est altérée dans les fibroblastes des patients FPLD

Ces mutations fragilisent l'enveloppe nucléaire : → Choc thermique : moindre survie des mutées Lamines → Normalement, protéines de l'enveloppe sont difficiles+++à extraire par détergent, mais quandd mutation des lamines A : membranes fragiles et sensibles aux détergents

••• Comment des altérations dans le même gène peuvent-elles conduire à des maladies affectant spécifiquement des tissus hautement spécialisés (muscle, TA) ?On remarque quand même que muscle et TA ont tous les 2 une origine mésenchymateuse→ une des hypothèses : mutations du TA : perturbation des interactions avec ADN ou partenaires protéiques (facteurs de transcription)→ les lamines A mutées empêchent le facteur SREBP de rentrer dans le noyau et d'activer les FT responsables de la différenciation en adipocytes (notamment PPARgamma)

••• Anomalies de la maturation de la lamine A : maladies ++ graves : maladies progénoïdes : progeria (vieillissement accéléré)

D/ dysplasie acro-mandibulaire→ retard de croissance post natal→ hypoplasie mandibulaire et claviculaire→ acro-ostéolyse→ dysmorphie faciale→ fontanelles encore ouvertes alors que adulte→ peau épaisse qui ressemble à sclérodermie→ anomalie TA (lipoatrophie partielle ou généralisée, insulinorésistance)= ressemble à syndrome de vieillissement accéléréon a montré que pouvait être causée par mutation de la Zmpste 24 (maturation de la lamineA)

E/ progeria de Huntchinson-Gilford ( 1/1à8M) → débuts des signes vers 6mois→ retard de croissance post natal→ dysmorphie faciale→ ostéodyplasie généralisée, hypoplasie mandibulaire et claviculaire→ perte cheveux (alopécie)→ peau épaisse (anomalies cutanées sclérodermiformes)→ lipoatrophie→ resistance insuline→ maladie arterielle (athérosclérose pérmaturée, calcifications valvulaires cardiaques)→ DC en moyenne à 13 ans (le plus souvent du aux anomalies arterielles : IDM/AVC, et non pas cancer, comme on pourrait le penser avec le vieillissement)/!\ on parle de vieillissement accéléré : mais pas de tous les organes : segmentaire (pas de démence, de cancer)

Cause moléculaire de la progéria de HutchinsonEtude du codon en Cter : → témoins ont GGC → patients en GGTmutation sliencieuse ? (codent tous les 2 pour Gly) : mais en fait, formation d'un site d'épissage aberrent : séquence normale est déjà proche de la séquence consensus de la séquence donneuse d'épissage, et la mutation s'en rapproche encore plus.→ mutation de novo (pas chez les parents maladie : mutation germinale chez un des 2 parents)→ pour preuve : rétrotranscription à partir de mRNA & RT-PCR par amplification de séquence : on va trouver un fragment de la taille attendue, et un fragment plus court (du à l'épissage alternatif)

• +Western

Dans progeria : la partie comprenant le site de clivage de Zmpste24 est épissé : lamine A farnésylée mais pas être clivée : va rester farnésylée : d'autant plus ancrée dans la membrane (la progérine est une prélamine A anormale qui reste farnésylée)

F/ Dermopathie restrictive → retard de croissance intra-utérin→ peau rigide et adhérente→ dysmorphie faciale, hypoplasie mandibulaire et claviculaire, ostéodysplasie généralysée→ contractures articulaires→ hypoplasie pulmonaire→ mort néonatale précoceCauses : mutations d'épissage dans le gène de la lamine A (de façon hétérozygote) conduisant à syntèhse d'une prélamine A tronquée restant farnésyléeou mutations nulles de Zmpste24, touchant les 2 allèles, conduisant à une accumulation de prélamine A farnésylée

••• Maladies possibles des lamines : → muscle strié→ TA avec conséquences métaboliques→ atteinte nerf périphérique dans formes homozygotes → formes multisystèmes : tissus ++ (tissus qui viennent du mésenchyme)

Rq : • ¢ des patients atteints de vieillissement accéléré : mêmes anomalies que dans lipodystrophie (bourgeons, structures en nid d'abeille..)

D'où hypothèses actuelles dans la physiopathologie des laminopathies :

IV. Travaux réalisés (graphiques présentant les différents résultats dans la deuxième partie du cours, mis en

ligne sur le site)

A/Progeria Chez souris : invalidation de Zmpste 24 : mêmes signes que chez l'Homme. Meurent plus tôt+++ Phénotype corrigé par diminution de la prélamine A : lorsque Zmpste24 -/- LmnA +/- : ces souris ne sont plus vieillissantes (les dysmorphies nucléaires sont atténuées)→ ça montre que farnésyl donne probablement un gain de fonction et une toxicité dépendante de la dose

Etape suivante : comment soigner cette maladie ? : inhibiteurs de la farnésylation ? → diminue fortement dysmorphie nucléaire et progérine ne se localise plus à l'enveloppe nucléaire mais dans nucléoplasme → chez H : dans firboblastes : on diminue nombre de dysmorphie nucléaire (sans doute moins probant) des gens se sont tournés vers utilisation d'oligoNucléotides qui modifient épissage : → dans la ¢ (in vitro) : très bon résultats sur dysmorphie nucléaire, structure membrane, de la chromatine etc...(in vivo ? )

• traitements des souris par inhibiteurs de la farnésylation , résultats: → on voit réapparaitre un peu de TA, idem sur croissance→ montre que ne fait rien sur souris normales→ amélioration des anomalies de l'os

→ → premier essai de traitement chez H : ne marcherait pas a priori (parce qu'il n'y a aucune publication)

→ on fabrique farnésyl à partir de la synthèse du cholesterol.L'enzyme premièrement testée : sur farnesyl transférase : qui colle le groupement aux lamines, mais dans ce cas la, le groupement se transforme en autres groupements à structure proche qui ontt ≈ même rôle → nouveau traitement imaginé : statines (statines aussi sont des inhibiteurs de farnésyl) + NBP : bloquer en amont, essai en cours (plus récent, pas encore de résultat/publication)

B/ Dystrophie musculaire→ ont montré présence mutations des protéines des MAPK (voies mitogéniques) ++ dans muscles lors de cardiomyopathie liées aux mutations de la lamine A : mutations activatrices → traitement par inhibiteur de MEK (selumetinib) : ont montré que chez souris : prévient la maladie et guérit maladie déjà présente et améliore fonction cardiaque et augmente durée de vie des souris → sur tissus cardiaques humains : ont montré qu'il y a bien hyperactivation de Erk → essai thérapeutique chez Homme ? (envisagés?)

C/ Parenté physiologique entre syndrome de vieillissement et lipodystrophies génétiques ou acquises→ on peut voir que ces syndromes s’accompagnent d'une anomalie du TA → continuum entre lipodystrophie et syndrome de vieillissement ?→ on a montré que mutations qui donnent ces deux choses : donnent accumulation de prélamine A, alors que mutation de dystrophie musculaire ne le permet pas→ les mutations pour vieillissement ++ localisées au même endroit que lipodystrophies

D/ Syndromes lypodystrophiques associés aux traitements de l'infection par le VIH : charge virale nulle mais TA redistribué : plus du tout au niveau du visage mais surtout périviscéral/abdominal :

- lipoatrophie périphérique- adiposité viscérale- association avec insulino- résistance, hypertriglycéridémie, stéatose hépatique, athérosclérose prématurée- les inhibiteurs de la transcriptase inverse et de la protéase virale sont en cause dans ce syndrome→ physiopathologie commune ?

→ comparaison des fibroblastes traités par inhibiteurs de protéases avec les fibroblastes mutés : aussi accumulation de prélamineA→ inhibiteurs de protéases de VIH : accumulation prélamine A acquise (et aussi fragilisation aux détergents, anomalie des noyaux augmente avec nombre de passage) et prolifération est inhibée dans les 2 caset marqueur de sénescence : beta galactosidase, dans les 2 cas (avec une surexpression de p16 et P21 qui inhibent le cycle cellulaire : arrêt du cycle)→ → les inhibiteurs de farnésylation préviennent la sénescence prématurée dans les fbroblastes porteurs de mutation de la lamine A ou traités par inhibiteurs de protéases→ → avec inhibiteurs de protéase du VIH : on induit une laminopathie acquise : inhibent Zmpste 24