Pathological mechanisms of autosomal recessive centronuclear myopathy
Mécanismes pathologiques des myopathies centronucléaires autosomales récessives
Résumé
BIN1 is a membrane tubulating protein and it consists of the BAR domain which binds membranes and has tubulating property; the PI motif which binds phosphoinositides and is expressed only in skeletal muscle; the CLAP domain binds clathrin and AP2 and is present exclusively in brain isoforms of BIN1; the MBD is involved in c-Myc binding and the SH3 domain is involved in interactions with prolin-rich proteins. BIN1 is an ubiquitously expressed protein with the highest expression in skeletal muscle. Mutations in amphiphysin 2 / BIN1 were found to cause autosomal recessive centronuclear myopathy (ARCNM, OMIM 255200). Mutations in patients were found in all the protein domains and include two mutations leading to a premature stop codon in the last exon 20. The PI motive, encoded by exon 11, is upregulated during myogenesis. The aim of this research was to better understand the role of BIN1 in healthy muscle and in the pathology of CNM. For this purpose, by using targeted homologous recombination in ES cells, we generated two knockout mouse models: BIN1 exon 11 and BIN1 exon 20, with exon 11 and 20 deleted, respectively. The deletion of exon 20 disrupts the SH3 domain, involved in interactions with different proteins, amongst which is dynamin 2 and induced a considerable loss of the total BIN1 protein expression. The total and muscle specific deletions of exon 20 were perinatally lethal. A disrupted T-tubules organization was observed in knockout mice, showing an importance of BIN1 during the T-tubule biogenesis. Interestingly, deletion induced in adult mice did not affect muscle function and organization. In order to understand the role of the muscle specific PI motif, we characterized the BIN1 exon 11 KO mice. Even at 12 months of age the muscle function in mice was not compromised by this deletion. However, further examination showed impairment of skeletal muscle regeneration. This work revealed that in vivo, BIN1 is necessary during the T-tubules biogenesis and dispensable for muscle maintenance, whereas the skeletal muscle specific PI motif of BIN1 is involved in muscle regeneration. Its function in muscle is tightly regulated by isoform switch and intramolecular binding. Understanding these features will help us step forward towards successful therapy in ARCNM and MD patients.
BIN1 est une protéine qui tubule les membranes. Elle est composée de plusieurs domaines : un domaine BAR, qui lie les membranes et possède une propriété de tubulation; un motif PI qui lie les phophoinositides et est uniquement exprimé dans le muscle squelettique; un domaine CLAP qui lie la clathrin et AP2 et qui n'est présent que dans les isoformes de BIN1 exprimées dans le cerveau; un domaine MBD impliqué dans la liaison à c-Myc; et un domaine SH3 impliqué dans les interactions avec les protéines riches en prolines. BIN1 est une protéine ubiquitaire, et l'organe où elle est le plus fortement exprimée est le muscle squelettique. Il a été montré que des mutations dans l'amphiphysine 2/BIN1 causent une myopathie centronucléaire récessive (ARCNM, OMIM 255200). Les mutations trouvées chez les patients sont réparties dans tous les domaines de la protéine, et deux d'entre elles aboutissent à un codon stop prémature dans l'exon 20, dernier exon de la protéine. Le motif PI, codé par l'exon 11, est régulé positivement pendant la myogenèse. Le but de cette recherche était de mieux comprendre le rôle de BIN1 dans le muscle sain et dans le cas de myopathie centronucléaire. Nous avons donc utilisé la technique de recombinaison homologue ciblée dans les cellules ES pour générer deux lignées de souris knockout: BIN1 exon 11 (délétion de l'exon 11) et BIN1 exon 20 (délétion de l'exon 20). La délétion de l'exon 20 détruit le domaine SH3, qui permet l'interaction de BIN1 avec différentes protéines, dont la dynamine 2, et induit une baisse considérable de l'expression de BIN1 au niveau protéique. Les délétions totales et spécifiques du muscle de l'exon 20 provoquent une létalité périnatale. Nous avons observé une perturbation de l'organisation des tubules T chez les souris KO, ce qui montre l'importance de BIN1 pendant la biogenèse des tubules T. Cependant, l'induction de la délétion chez la souris adulte n'a affecté ni la fonction ni l'organisation du muscle. Pour comprendre le rôle du motif PI, qui est spécifique du muscle, nous avons caractérisé les souris BIN1 KO exon 11. Même à 12 mois, la fonction du muscle n'était pas compromise chez ces souris. En revanche, nous avons observé des problèmes de régénération du muscle squelettique. Ce travail révèle, qu'in vivo, BIN1 est nécessaire pour la biogenèse des tubules T, mais pas indispensable pour le maintien du muscle. D'autre part, le domaine PI, spécifique du muscle, est impliqué dans la régénération musculaire. Sa function dans les muscles est régulée finement par l’expression de différentes isoformes et par des interactions intra-moléculaires. Comprendre ces caractéristiques nous aiderait à développer de nouvelles thérapies pour les patients atteints de ARCNM et de MD.
Origine : Version validée par le jury (STAR)