Molecular mechanisms related to Tau missplicing in a Tauopathy, myotonic dystrophy type 1
Mécanismes moléculaires associés aux changements d'épissage de Tau dans une Tauopathie, la dystrophie myotonique de type 1
Résumé
Tau pathology is a brain lesion common to more than twenty neurodegenerative disorders. It consists of the abnormal aggregation of the microtubule-associated protein Tau into neurofibrillary tangles. Mechanisms underlying Tau aggregation are not fully understood yet. However, among the different etiological hypothesises, the one of a relationship between Tau mis-splicing and Tau aggregates particularly interests us. Here, we proposed a disease model, being myotonic dystrophy type I (DMI), in which Tau mis-splicing and Tau aggregate occur. DM1 is the most common adult form of muscular dystrophy. It is an inherited autosomal disorder characterised by a dynamic instable CTG repeats (over 50) in the 3’UTR of DMPK gene. DM1 pathogenesis is suggested to result from a RNA toxic gain of function whereby mutant transcripts modify the splicing machinery activity leading thus to a mis-splicing of several pre-mRNA targets including Tau. In this context, our objectives were to 1) characterize Tau mis-splicing in several DM1 brain patients 2) Model it and identify the trans-regulating splicing factors likely involved and 3) Propose a therapeutic approach to reverse it. Tau mis-splicing was always observed for both exons 2 and 3 in human adult DM1 brain and consisted of a reduced inclusion. Tau exon 10 splicing was seldom mis-regulated and associated with an increase of the CELF proteins family. CELF proteins are splicing factors previously described to regulate alternative splicing of Tau exons 2, 3 and 10. In addition to the CELF proteins, we also investigated the potential role of the splicing factor MBNL1, which was shown to play an essential role in DM1 physiopathology through its sequestration by the CUG repeats. MBNL1’s brain expression was ill-defined. Here, we report that MBNL1’s expression level was not altered but its splicing modified in adult DM1 brain. In addition, we provide evidences by a relationship study between the structure and the function of MBNL1 that this mis-splicing event favored its sequestration to the foci by modifying its cell-localization, splicing activity and oligomerization properties. MBNL1 mis-splicing does not influence Tau mis-splicing. However its loss of expression reproduced the mis-splicing of Tau exons 2/3 as observed in DM1 brain. Interestingly, the overexpression of MBNL1 in the presence of the CTG repeats partially restored a normal splicing of Tau as well as several other mis-regulated pre-mRNA targets. Further experiments performed with different molecular constructs lead us to hypothezied that the reversal of the abnormal splicing events observed in DM1 was mediated by a saturation of the CUG binding sites that lead to the release of a free pool of MBNL1, recovering thus its splicing function. This work leads us to design a new molecular tool that might be of interest to reverse the pathological events observed in DM1.
La pathologie Tau est une lésion neuronale commune à plus d’une vingtaine de maladies neurodégénératives. Elle correspond à l’agrégation des protéines Tau anormalement modifiées. Les mécanismes moléculaires impliqués dans l’agrégation de Tau demeurent encore mal compris. Toutefois, parmi les différentes hypothèses étiologiques, celle d’une dérégulation de l’épissage alternatif de Tau nous intéresse tout particulièrement. Ici, nous considérons la dystrophie myotonique de type 1 (DM1) comme maladie « modèle » pour étudier cette relation, puisqu’elle présente à la fois une dérégulation de l’épissage alternatif de Tau et des agrégats Tau. La DM1 est la forme adulte la plus fréquente de dystrophie musculaire. Il s’agit d’une maladie héréditaire à transmission autosomale dominante caractérisée par des répétitions CTGn>50 instables localisées dans la région 3’UTR du gène DMPK. Les mécanismes impliqués supposent un gain de fonction toxique des ARN mutés conduisant à une modification de l’épissage alternatif de nombreux transcrits parmi lesquels Tau. Dans ce contexte, nos objectifs étaient 1) de caractériser le défaut d’épissage de Tau dans le cerveau de plusieurs cas DM1 2) de modéliser ce défaut d’épissage afin d'identifier les facteurs trans-régulateurs impliqués et 3) de proposer une approche visant à restaurer un épissage normal. Le défaut d’épissage de Tau a été observé dans tous les cas analysés. Celui de l’exon 10, en revanche, n’a été rapporté que chez deux cas, qui, de façon intéressante, présentaient également une augmentation de l’expression des protéines CELF, décrites comme protéines régulatrices de l’épissage de Tau. Outre les protéines CELF, nous nous sommes également intéressés à MBNL1. MBNL1 est un facteur d’épissage jouant un rôle essentiel dans la physiopathologie de la DM1 où il a été décrit comme séquestré dans les foci. Peu de choses sont connues sur MBNL1 dans le cerveau et sur son rôle sur l’épissage alternatif des transcrits neuronaux. Ici, nous montrons que le niveau d’expression cérébrale de MBNL1 ne varie pas entre les cas DM1 et contrôles. En revanche, nous montrons que son épissage alternatif est dérégulé dans le cerveau. Notre étude de relation entre la structure et la fonction de la protéine suggère que ce changement d’épissage favorise sa séquestration dans les foci en modifiant sa localisation nucléaire, son activité de facteur d’épissage et ses propriétés d’oligomérisation. Le changement d’épissage de MBNL1 n’influence pas celui de Tau. Cependant, sa perte de fonction reproduit un profil d’épissage similaire à celui observé dans les cerveaux DM1. De plus, nous montrons que la surexpression de MBNL1, en présence des répétitions CTG suffit à restaurer un épissage normal de Tau et de plusieurs autres transcrits dérégulés dans la DM1. Enfin, des expériences complémentaires réalisées avec des protéines tronquées non fonctionnelles en tant que facteur d’épissage suggèrent que la restauration d’un profil d’épissage normal dans la DM1 serait due à la saturation des sites de liaisons CUG, ce qui permettrait de libérer les protéines MBNL1 séquestrées. Ces constructions semblent donc présenter un potentiel intérêt pour inverser les changements d’épissage observés dans la DM1 et sont actuellement en cours d’études.
Domaines
Médecine humaine et pathologie
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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