Séminaire M&M's "La face cachée du génome humain : Traduction des mutations microsatellites situées dans des séquences non codantes dans des protéines nouvelles et toxiques dans les maladies neurologiques"

La myopathie oculo-pharyngo-distale (OPDM, OMIM #164310), la myopathie oculopharyngée avec leucoencéphalopathie (OPML, OMIM #618637) et la maladie des inclusions intranucléaires neuronales (NIID, OMIM # 603472) sont des maladies génétiques de l'adulte caractérisées par des manifestations cliniques variables du système nerveux central (ataxie, tremblements, démence, etc.), associées à une faiblesse et une atrophie des muscles squelettiques du visage, du pharynx et des membres distaux. Au niveau histopathologique, ces troubles sont caractérisés par la présence d'inclusions intranucléaires, positives à l'ubiquitine et à la p62, mais d'origine inconnue. Récemment, les causes génétiques de l'OPML, du NIID et de l'OPDM1 à 5 ont été identifiées comme des expansions identiques de 50 à 200 répétitions GGC, cependant situées dans des régions génétiques annotées comme non codantes dans au moins 6 gènes différents : LOC642361, LRP12, GIPC1, NOTCH2NLC, RILPL1 et ABCD3.
Ici, nous avons trouvé que les expansions répétées GGC situées dans le lncRNA LOC642361 et qui cause OPML, dans les régions 5'-non traduites du gène GIPC1 ou NOTCH2NLC, responsables respectivement d'OPDM2 et d'OPDM3, ou dans le transcrit antisens de RILPL1, qui cause OPDM4, sont toutes incluses dans de petits transcripts antisens.
NIID/OPDM3, ou dans le transcrit antisens de RILPL1, responsable d'OPDM4, sont tous intégrés dans de petits ORFs non reconnus auparavant. Par conséquent, ces diverses expansions de répétitions GGC sont traduites dans de nouvelles protéines contenant de la polyGlycine. Il est important de noter que les anticorps développés contre ces diverses protéines colorent les inclusions p62-positives typiques, confirmant la traduction de ces expansions répétitives GGC en nouvelles protéines chez les individus atteints d'OPDM, d'OPML ou de NIID. De plus, l'expression de ces protéines polyGlycines est suffisante pour former des inclusions dans des cultures de cellules musculaires et dans des modèles de souris, entraînant des altérations locomotrices associées à la neurodégénérescence et à l'atrophie des fibres musculaires. Enfin, nous avons trouvé un composé pharmaceutique qui solubilise les agrégats de polyGlycine dans les cultures cellulaires, apportant ainsi l'espoir de développer des options thérapeutiques pour ces maladies neurologiques.
Dans l'ensemble, ces résultats soulignent la complexité et la richesse du génome humain et l'importance des petits ORFs encore méconnus dans la pathologie humaine, notamment pour la traduction des mutations microsatellites en protéines nouvelles et pathogènes.

Dr. Nicolas Charlet
Les recherches de mon groupe (IGBMC, https://www.igbmc.fr/en/recherche/teams/rna-diseases) sont principalement axées sur le génome « non codant » et les maladies humaines, d'abord dans le domaine du cancer (doctorat, Université de Paris), puis dans celui des maladies génétiques (formation post-doctorale, Baylor College of Medicine). J'ai démarré mon groupe indépendant sur les maladies à ARN à l'IGBMC (Strasbourg, France) en 2007. Depuis, nous étudions comment les répétitions expansées situées dans les parties « non codantes » du génome conduisent à des maladies génétiques humaines. Nous nous intéressons notamment à la dystrophie myotonique (DM) causée par des répétitions CTG ou CCTG expansées, à diverses maladies neurologiques (syndrome de tremblement/actaxie associé à l'X fragile, myopathie oculo-pharyngo-distale, maladie des inclusions intranucléaires neuronales, etc.) dues à des répétitions CGG expansées et à l'amyotrophie.
CGG et la sclérose latérale amyotrophique et la démence frontotemporale (ALS-FTD) dues à l'expansion GGGGCC dans le premier intron du gène C9ORF72. Ces répétitions expansées sont pathogènes par divers
mécanismes, tels que leur transla_on non canonique dans des protéines toxiques et/ou la séquestra_on de protéines spécifiques liant l'ARN. Nos objectifs sont (i) d'élucider les causes moléculaires de ces maladies, (ii) d'établir des modèles cellulaires et animaux pertinents de ces maladies et (iii) d'identifier des médicaments capables de corriger la pathogénicité dans ces modèles.

The dark side of the human genome: Translation of microsatellite mutations located in non-coding sequences in novel and toxic proteins in neurological diseases

Oculo-Pharyngo-Distal Myopathy (OPDM, OMIM #164310), Oculopharyngeal Myopathy with Leukoencephalopathy (OPML, OMIM #618637) and Neuronal Intranuclear Inclusion Disease (NIID, OMIM #603472) are adult-onset genetic disorders characterized by variable clinical manifestations of the central nervous system (ataxia, tremor, dementia, etc.), associated with weakness and atrophy of the skeletal muscles of the face, the pharynx and the distal limbs. At the histopathological level, these disorders are characterized by the presence of intranuclear inclusions, which are ubiquitin- and p62-positive, but of unknown origin. Recently, the genetic causes of OPML, NIID and OPDM1 to 5 were identified as identical expansions of 50 to 200 GGC repeats, however located within genetic regions annotated as non-coding in at least 6 different genes: LOC642361, LRP12, GIPC1, NOTCH2NLC, RILPL1 and ABCD3.
Here, we found that the GGC repeat expansions located in the lncRNA LOC642361 and that causes OPML, within the 5’-untranslated regions of the GIPC1 or NOTCH2NLC gene, responsible respectively of OPDM2 and NIID/OPDM3, or within the antisense transcript of RILPL1 , which cause OPDM4, are all embedded in small, previously unrecognized ORFs. Consequently, these various GGC repeat expansions are translated in novel polyGlycine-containing proteins. Importantly, antibodies developed against these various proteins stain the typical p62-positive inclusions, confirming translation of these GGC repeat expansions into novel proteins in individuals with OPDM, OPML or NIID. Moreover, expression of these polyGlycine proteins is sufficient to form inclusions in muscle cells culture and in mouse models, leading to locomotor alterations associated with neurodegeneration and muscle fiber atrophy. Finally, we found a pharmaceutical compound that solubilize polyGlycine aggregates in cell cultures, thus bringing hope to develop therapeutical options for these.
Overall, these results highlight the complexity and richness of the human genome and the importance of yet unrecognized small ORFs in human pathology, notably for translation of microsatellite mutations in novel and pathogenic proteins.

Dr. Nicolas Charlet
Researches in my group (IGBMC, https://www.igbmc.fr/en/recherche/teams/rna-diseases) are mainly focused on “non-coding” genome and human diseases, first in cancer (PhD, University of Paris), then in gene_c diseases (post-doctoral training, Baylor college of Medicine). I started my independent group on RNA diseases at the IGBMC (Strasbourg, France) in 2007. Since, we are studying how expanded repeats located in the “non-coding” parts of the genome lead to human gene_c diseases. We are notably interested in Myotonic Dystrophy (DM) caused by expanded CTG or CCTG repeats, various neurological diseases (Fragile X-Associated Tremor/Ataxia Syndrome, Oculo-Pharyngo-Distal Myopathy, Neuronal Intranuclear Inclusion Disease, etc.) due to expanded CGG repeats and Amyotrophic Lateral Sclerosis and Frontotemporal Demen_a (ALS-FTD) due to GGGGCC expansion in the first intron of the C9ORF72 gene. These expanded repeats are pathogenic by diverse mechanisms, such as their non-canonical transla_on in toxic proteins and/ or sequestra_on of specific RNA-binding proteins. Our goals are (i) to elucidate the molecular causes of these diseases, (ii) to establish relevant
cell and animal models of these diseases and (iii) to iden_fy drugs able to correct pathogenicity in these models.