Physiopathology of inherited retinal dystrophies associated with pathogenic variants of IMPG1 gene
Physiopathologie des dystrophies rétiniennes héréditaires associées aux variants pathogènes du gène IMPG1
Résumé
Inherited retinal disorders are a clinically and genetically heterogeneous group.They are progressive Mendelian genetic diseases that cause dysfunction then cell death, including photoreceptors and retinal pigment epithelium cells (RPE). Cells death is accompanied by intra-retinal pigment deposits generally located in the retinal periphery, thus constituting the majority subgroup of pigment retinitis (RP). More rarely, lesions of various appearance affecting the macula, central region of the retina, forming the subgroup of macular dystrophies (MD). These neurodegeneration gradually lead to more or less complete blindness, without therapeutic. Despite the identification of over 90 genes associated with RP, conventional genetic testing (Sanger, panel) fails to detect a molecular diagnosis in about one third of RP patients. The identification of new genes is of major interest for understanding the disease, for establishing phenotype / genotype correlations, for improving genetic counseling, and finally for defining therapeutic pathways.For this purpose, the genetic study of a large family with autosomal dominant RP without molecular diagnosis was carried out by exome sequencing. NGS approach made it possible to identify a pathogenic splicing variant in IMPG1, a gene never described in RP. IMPG1 had been previously associated with vitelliform macular dystrophy (VMD). A complementary genetic analysis on multicentric cohorts of patients with RP or DMV, allowed to identify six additional pathogenic variants (including five new variants), in 10 other families with dominant or recessive forms of RP or DMV.We followed our study performing in vivo functional study in medaka fish, then in mice by invalidating the orthologous gene of the human IMPG1. The fish study, the use of morpholino, showed that the Impg1 gene product plays an important role, in the early development and maintenance of the biological functions of the retina. The length of the outer segments of rod and cone photoreceptors were reduced by 20% and 90% respectively. However, the invalidation of Impg1 expression is transient in fish and very limited phenotype analyzes.Impg1-/- mice helped to perform more complete visual functional studies and to examine their evolution over a long period. Impg1-/- mice show an abnormal accumulation of autofluorescent deposits visible with fundoscope and optical coherence tomography (OCT) from 9 months of age. Electroretinogram (ERG) is reduced by about 20%. The electron microscopy of mice retinas makes it possible to highlight the precise localization of the anomalies, within interphotoreceptor matrix. The mouse animal model seems to reproduce DMV phenotype while the fish model shows similarities with RP.To summarize, this thesis work allows us to extend the clinical spectrum of disorders associated with mutations in IMPG1 gene. Two new diagnoses must therefore be added to VMD: autosomal dominant and recessive RP. The animal models developed allow a better understanding of the cellular mechanisms affected by invalidation of the IMPG1 gene. However, the mechanism explaining macular or peripheral involvement in humans, as well as the different modes of transmission and penetrance variations have not yet been elucidated.
Les dystrophies rétiniennes héréditaires forment un groupe génétiquement et cliniquement hétérogène. Ce sont des maladies génétiques mendéliennes évolutives qui entraînent la dysfonction puis la mort cellulaire, notamment des photorécepteurs et des cellules de l’épithélium pigmentaire de la rétine (EPR). La mort de ces cellules s’accompagne de dépôts pigmentaires intra-rétiniens en général localisés dans la périphérie rétinienne, constituant ainsi le sous-groupe majoritaire des rétinites pigmentaires (RP). Plus rarement, des lésions d’aspect varié affectent la macula, région centrale de la rétine, formant le sous-groupe des dystrophies maculaires (DM). Ces dégénérescences conduisent progressivement à une cécité plus ou moins complète sans possibilité thérapeutique actuellement. Malgré l’identification de plus de 90 gènes associés à la RP, les tests génétiques classiques (Sanger, panel) ne permettent pas de déterminer le diagnostic moléculaire chez environ 1/3 des patients. L’identification des nouveaux gènes est d’un intérêt majeur pour la compréhension de la maladie, pour établir des corrélations phénotypes/génotypes, pour l’amélioration du conseil génétique, et enfin pour définir des voies thérapeutiques.Dans cet objectif, l’étude génétique d’une grande famille atteinte de RP autosomique dominante sans diagnostic moléculaire, a été réalisée par séquençage de l’exome. Cette approche a permis d’identifier un variant d’épissage pathogène dans IMPG1, gène jamais décrit dans la RP. Cependant, IMPG1 avait précédemment été associé à la DM vitelliforme (DMV). Une analyse génétique complémentaire sur des cohortes multicentriques de patients atteints de RP ou DMV, a permis d‘identifier six variants pathogènes additionnels (dont cinq nouveaux) dans 10 autres familles avec des formes dominantes ou récessive de RP ou DMV.Ensuite, des analyses fonctionnelles in vivo ont été réalisées chez le poisson medaka puis chez la souris par invalidation du gène orthologue du gène humain IMPG1.L’étude sur le poisson, par utilisation de morpholino, a montré que le produit du gène Impg1 joue un rôle important à la fois dans le développement précoce et dans le maintien des fonctions biologiques de la rétine. La longueur des segments externes des photorécepteurs (bâtonnet et cône), était diminuée de 20% et 90% respectivement. Cependant l’invalidation de l’expression de Impg1 est transitoire chez le poisson, et les analyses phénotypiques très limitées.La réalisation de la souris Impg1-/- a permis de réaliser des etudes fonctionnelles visuelles plus complètes et d’examiner leur évolution sur une longue période. Les souris KO présentent, à partir de 9 mois d’âge, une accumulation anormale de dépôts autofluorescents visible au fondoscope et en tomographie en cohérence optique (OCT). Elles ont un électrorétinogramme (ERG) diminué d’environ 20%. La microscopie électronique des rétines de souris permet de mettre en évidence la localisation précise des anomalies au niveau de la matrice interphotoréceptrice. Le modèle animal murin semble reproduire le phénotype DMV alors que le modèle poisson montre des similitudes avec la RP.En conclusion, ce travail de thèse permet d’étendre le spectre clinique des désordres associés aux mutations du gène IMPG1. Il faut donc ajouter à la DMV, deux nouveaux diagnostics : la RP autosomique dominante et récessive. Les modèles animaux développés permettent de mieux comprendre les mécanismes cellulaires affectés par invalidation du gène IMPG1. Cependant, le mécanisme expliquant l’atteinte maculaire ou périphérique chez l’humain, ainsi que les différents modes de transmission et de variations de pénétrance ne sont pas encore élucidés.
Domaines
Sciences agricoles
Origine : Version validée par le jury (STAR)