Troubles du développement neurologique

Des SPi pour l’étude des syndromes d’Angelman et de Prader Willi

Publié le 06/10/2010

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LES ANOMALIES génomiques responsables des syndromes d’Angelman (AS) et de Prader-Willi (PWS) sont des caractères épigénétiques, et non des modifications de la séquence de l’ADN elle-même. L’AS résulte ainsi de la perte d’expression de l’allèle actif (maternel) du gène UBE3A (Ubiquitin Protein Ligase E3A). Rappelons que seule la copie maternelle de ce gène est active dans le système nerveux central, alors que son expression est biallélique dans tous les autres tissus. Les promoteurs des gènes soumis à l’empreinte génomique contiennent des dinucléotides qui sont méthylés lorsque l’allèle est inactif, et déméthylés si la copie est active.

L’obstacle potentiel à l’utilisation de modèles basés sur les SPi pour l’étude des affections par anomalies de l’empreinte tient à la possibilité d’une suppression des caractères épigénétiques lors du processus de reprogrammation nucléaire intervenant au moment de la différenciation des cellules souches. Cette difficulté a été contournée par l’équipe de S. J. Chamberlain.

Des fibroblastes provenant de patients.

Les chercheurs du Nouveau-Mexique ont prélevé des fibroblastes provenant de deux patients AS porteurs de délétions sur l’allèle maternel du chromosome 15q11-q13, et d’un patient PWS porteur d’une délétion d’origine paternelle dans la même région chromosomique. Ces fibroblastes ont été reprogrammés en iPSC au moyen de la surexpression des facteurs de transcription OCT4, SOX2, KLF4, MYC et LIN28. L’empreinte méthylée au niveau des cellules pluripotentes normales, AS et PWS était identique à celle des fibroblastes d’origine, ce qui montre que les caractéristiques de la méthylation de l’ADN ont été préservées dans ces SPi, après la reprogrammation des fibroblastes.

Des neurones fonctionnels.

Dans une deuxième étape, les auteurs ont cherché à obtenir des neurones fonctionnels à partir des SPi dérivés des fibroblastes des patients AS. Après sélection des meilleures lignées (en termes de potentiel de différenciation), ils ont détecté l’apparition d’astrocytes et de synapses au bout de six semaines. Au bout de dix semaines de différenciation, certains neurones (mais non tous) étaient devenus fonctionnels. Les cultures de SPi « AS » contenaient ainsi des neurones présentant des potentiels post-synaptiques excitateurs (EPSC) sensibles à l’activation des récepteurs AMPA. Même si le degré de maturation des neurones obtenus était hétérogène, ces résultas sont remarquables.

Les chercheurs ont ensuite vérifié qu’une autre caractéristique épigénétique importante en vue de la création de modèles de l’AS était conservée. Il s’agit de la répression de l’allèle UBE3A paternel. Ils ont constaté que l’expression du gène UBE3A était bien réduite au niveau des neurones dérivés des SPi « AS ». Ce qui signifie que les cultures neuronales obtenues après dix semaines de différenciation des iPSC possèdent la principale caractéristique épigénétique de la maladie, à savoir la répression de l’allèle UBE3A paternel.

Le candidat modèle développé par les chercheurs américains montre qu’il est possible d’utiliser des neurones dérivés à partir de cellules souches pluripotentes induites humaines puisque ceux-ci reproduisent la principale signature épigénétique des maladies à empreinte parentale : l’empreinte méthylée et la répression de l’allèle UBE3A paternel. Leurs travaux donnent également des indications sur le mécanisme de cette dernière anomalie en suggérant le rôle de la régulation d’un transcrit anti-sens (UBE3A-ATS) dans le processus de répression de l’allèle. Un tel modèle permettra de préciser le calendrier et le mécanisme de l’inactivation du gène UBE3A au cours de la différenciation neuronale chez l’homme.

SJ Chamberlain, M Lalande et coll. Induced pluripotent stem cell models of the genomic imprinting disorders Angelman and Prader-Willi syndromes. Proc Natl Acad Sci USA (2010) Publié en ligne.

Dr BERNARD GOLFIER