Il a été démontré au sein du laboratoire du Pr Tazi que les isoformes du gène LMNA issu d’un épissage alternatif jouent des rôles opposés sur le métabolisme lipidique et énergétique (Lopez-Mejia et al., 2014). Ces travaux suggèrent que la modulation pharmacologique de cet épissage pourrait représenter une approche nouvelle et originale dans le traitement de l’obésité. Cette hypothèse a été testée dans les travaux ici présentés en utilisant 2 systèmes de criblage complémentaires, et ceci afin d’identifier un potentiel modulateur de l’épissage présentant un impact sur le métabolisme énergétique. Un composé appelé ABX300 a ainsi été sélectionné pour être testé sur deux modèles murins d’obésité, un modèle de souris génétiquement modifié et un modèle nutritionnel. Son administration journalière a conduit à une perte de poids chez ces animaux. La modulation spécifique de l’épissage du gène LMNA par ABX300 a quant à elle été confirmée à l’aide d’un système rapporteur d’épissage. Les données générées montrent qu’ABX300 interagit directement avec SRSF1 avec pour conséquence son effet sur l’épissage de LMNA. Le travail de thèse ici présenté a consisté à déterminer le mécanisme d’action de la molécule ABX300, ainsi que son impact sur le métabolisme. Les résultats ont montré qu’ABX300 n’a pas d’effet ni sur la différenciation adipocytaire, ni sur le contenu en triglycérides au sein de lignées cellulaires (cellules 3T3-L1 et préadipocytes de tissu adipeux brun). Cependant, des analyses in vivo de « pair-feeding », des analyses PET-scan, et des études en cages métaboliques, ont montré une différence entre les groupes traités et non-traités au niveau de leur prise alimentaire, la consommation d'oxygène et la source énergétique utilisée. Parallèlement une série d'approches transcriptomiques ont permis de mettre en évidence une importante modulation par ABX300 de microRNA dont les cibles sont mitochondriales, et ceci en absence d’une restructuration globale du profil d'épissage.Ces travaux montrent que l’identification de modulateurs de l'épissage alternatif du gène LMNA est une stratégie innovante et prometteuse pour la découverte de molécules bioactives dans le traitement de l’obésité. / The discovery within our laboratory that the different LMNA isoforms play opposite roles on metabolism (Lopez-Mejia et al., 2014), led to the proposal that pharmacologically modulating this splicing could be a novel and original approach for the treatment of obesity. In this thesis I have challenged this proposal by performing two complementary screens in order to identify potential modulators of splicing with impact on energy metabolism. Following this initial screen, a compound termed ABX300 was selected and tested on animal models of obesity. Specific modulation of the LMNA splicing by ABX300 was confirmed using splicing reporters. Our data show that ABX300 interacts directly with SRSF1 to mediate its effect on LMNA splicing.The daily treatment with ABX300 lead to a weight loss in both, genetically modified mouse models and diet induced obesity mouse models. During my PhD I have established the mode of action of ABX300, along with its impacts on metabolism. Results demonstrated that ABX300 did not have an effect on adipocytes differentiation, nor in triglycerides content on in vitro cell lines (3T3-L1 and BAT preadipocytes). However, in vivo analysis, by means of pair-feeding experiments, PET-scan analysis, and metabolic chambers, among others, exhibited differences in between treated and untreated groups regarding food intake, oxygen consumption and fuel source. Concurrently, a series of transcriptomic approaches showed that ABX300 modulates the expression of miR whose targets encode proteins involved in mitochondrial functioning, but did not have an effect on global pre mRNA splicing. This work validates the screening for modulators of the LMNA alternative splicing as a promising strategy for the identification of bio-active small molecules and therefore promotes a complementary approach in the treatment of obesity.

La cardiomyopathie dilatée est l'une des principales causes d'insuffisance cardiaque en Europe. Dans le cadre de la cardiomyopathie liée aux mutations du gène LMNA, en dépit des soins médicaux conventionnels, aucun traitement satisfaisant ne permet de pallier à la dilatation cardiaque progressive et à la perte de la contractilité. Le gène LMNA code pour les lamines nucléaires de type A, qui sont les principaux constituants de la lamina nucléaire. De précédents travaux démontrent que l'activation anormale de ERK 1/2 est impliquée dans la pathophysiologie de la cardiomyopathie dilatée liée aux mutations du gène LMNA. L'inhibition de la voie ERK 1/2 ralentit également la progression de la fibrose myocardique, relativement développée chez l'homme, en cas de cardiomyopathie dilatée. Dans le cadre de ma thèse, j’ai suggéré que l'activité aberrante de la voie TGF-β pourrait participer à l’activation anormale de ERK 1/2 et être impliquée dans la physiopathologie de dysfonction contractile ventriculaire gauche dans la cardiomyopathie liée aux mutations du gène LMNA. Les mécanismes moléculaires sous-jacents à la modulation de la signalisation ERK1/2, causée dans le cœur, par les mutations du gène LMNA, restent totalement incertains. De ce fait, j'ai testé l'hypothèse selon laquelle la modulation anormale de ERK1/2 induirait l'altération des cibles cytosoliques et modifierait le réseau du cytosquelette cardiaque. Mon travail a mis en évidence un nouveau partenaire de la forme active (phosphorylée) d’ERK1/2 : cofiline-1. La cofiline induit la déramification des filaments d'actine. Ce projet met en lumière un rôle inattendu joué par la signalisation ERK1/2 dans la dynamique de l'actine et dans le développement de la dysfonction ventriculaire gauche de la cardiomyopathie liée aux mutations du gène LMNA. / Dilated cardiomyopathy is one of the leading causes of heart failure in Europe. Despite of the conventional medical care, there is no definitive treatment for the progressive cardiac dilatation and loss of contractility in LMNA cardiomyopathy often leading to sudden death or heart transplantation. LMNA gene encodes nuclear A-type lamins, which are the main constituents of the nuclear lamina. Previous studies clearly show that the abnormal ERK1/2 activation is involved in the pathophysiology of LMNA dilated cardiomyopathy. However, its role in the development of cardiac dysfunction remains unclear. Inhibition of ERK1/2 signaling also slows progression of myocardial fibrosis, which is prominent in humans with dilated cardiomyopathy. I suggested that aberrant TGF-β signaling activity could participate to the abnormal ERK1/2 activation and be involved is the pathophysiology of left-ventricular contractile dysfunction in LMNA cardiomyopathy. Given that the understanding of molecular and cellular mechanisms underlying the modulation of ERK1/2 signaling in the heart caused by LMNA mutation remains totally unclear, I tested the hypothesis that ERK1/2 abnormal modulation leads to alteration of cytosolic targets and alter cardiac cytoskeleton network. My work highlighted a novel partner of activated (phosphorylated) ERK1/2, ADF/cofilin-1. Cofilin promotes debranching of actin filaments. I showed that disrupted actin dynamics leads to abnormal sarcomere structure. This project unraveled an unexpected role played by ERK1/2 signaling in actin dynamics and in the development of left-ventricular dysfunction in LMNA cardiomyopathy.

La maladie de Charcot-Marie-Tooth (CMT) est une maladie neurologique héréditaire du système nerveux périphérique. A ce jour, près de 80 gènes sont décrits comme étant à l’origine d’une forme de CMT dont tous les modes de transmission sont connus. AR-CMT2A est due à une mutation faux-sens homozygote, c.892C>T, dans l’exon 5 du gène LMNA et conduit à la substitution d’une Arginine par une Cystéine (p.Arg298Cys) au sein d’un motif conservé du domaine central coil des Lamines de type A. L’étude présentée ici fait suite à un certain nombre d’observations ayant démontré la diminution de l’expression du gène dans les cellules de patients, et la perte d’interaction entre les Lamines A/C mutées et le facteur de transcription c-Jun. Or celui-ci participe au complexe régulateur AP-1 pour lequel le promoteur du gène LMNA possède deux éléments de fixation. L’ensemble du travail exposé dans ce manuscrit s’est donc basé sur l’hypothèse selon laquelle les Lamines de type A auraient la capacité de réguler leur propre expression et seraient capables, dans le nerf périphérique, d’établir des interactions avec des partenaires spécifiques du nerf périphérique. / Charcot-Marie-Tooth (CMT) disorders constitute a complex and heterogeneous group of hereditary motor and sensory neuropathies characterized by muscle weakness and wasting, foot and hand deformities and electrophysiological changes. Genetically, CMT is characterized by a great heterogeneity, with all modes of inheritance and more than 50 genes described to date. My PhD work focuses on AR-CMT2A, a rare autosomal recessive axonal form of CMT, due to a unique homozygous missense mutation c.892C>T in LMNA exon 5, which leads to the substitution of an arginine by a cysteine (p.Arg298Cys) within a conserved motif in the central rod domain of A-type Lamins. My work aimed at providing clues toward a better understanding of the physiopathological mechanisms underlying AR-CMT2A and is based on previous results for my research team, showing a decrease in the expression of LMNA in patients’ cells, and a loss of interaction between A-type Lamins and the transcription factor c-Jun in patients’ cells. c-Jun is a member of the AP-1 complex, a well-known dimeric transcription factor, and for which interestingly, the LMNA promoter has two binding sites. All the work outlined in this manuscript is based on the hypothesis that A-type Lamins, have the capacity to regulate their own expression and therefore, are also most probably involved in interactions with partners involved in gene regulation, in particular in the Peripheral Nerve System.

Multiple sclerosis (MS), a demyelinating disorder of the central nervous system (CNS), affects approximately 400,000 individuals in the United States, and 2.5 million people worldwide. It is a leading cause of disability in young adults. Current treatments for MS target the inflammatory aspects of the disease, but do not aid in remyelination. To address remyelination as a therapeutic strategy, it is imperative to identify mechanisms that regulate myelin formation, including epigenetic targets. In this study, we investigate the role of the LMNA, a gene encoding Lamins A and C, intermediate filaments of the nuclear lamina, in regulating oligodendrocyte development and myelination in the CNS. Using electron microscopic analyses, I examined levels of heterochromatin and its distribution in the oligodendrocyte nucleus as an indicator of gene expression, oligodendrocyte maturity, and myelin formation in the absence of A type lamins.. While overall levels of heterochromatin in oligodendrocytes were not altered in the absence of A type lamins, peripherally located heterochromatin was reduced and thinner myelin was observed in the spinal cord. My observations present novel findings for the role of LMNA in oligodendrocytes and myelination.

Le vieillissement est un processus complexe qui peut être influencé par des facteurs environnementaux et génétiques. Le syndrome progéroïde de Hutchinson-Gilford (HGPS ou progéria) fourni une preuve irréfutable de l'implication de l'épissage dans le processus de vieillissement. La progéria est une maladie due à une mutation hétérozygote silencieuse qui renforce l'utilisation d'un site 5' d'épissage interne dans l'exon 11 de l'ARN pré-messager LMNA, ce qui entraîne la production d'une protéine tronquée appelée «progérine». Le défaut d'épissage du gène LMNA a aussi lieu dans les cellules de personnes âgées, et la correction de ce défaut permet un sauvetage partiel des anomalies qu'il provoque. Ceci fait de l'ARN pré-messager LMNA une cible très attractive pour des thérapies ayant pour but de corriger l'épissage. Mes travaux de thèse ont montré que cette mutation silencieuse active un site d'épissage 5' dans l'exon 11 en changeant la structure de l'ARN. Ce changement de structure facilite l'interaction de la snRNP U1 avec le site d'épissage et permet ainsi sa modulation par les protéines SR SRSF1 et SRSF6. J'ai aussi participé à la caractérisation d'un nouveau modèle murin qui reproduit l'altération d'épissage des patients HGPS au niveau du gène Lmna souris. De façon surprenante, ce modèle récapitule tous les phénotypes du syndrome HGPS. Les souris homozygotes, dans lesquelles la plupart de la lamine A est convertie en progérine, ne vivent pas plus de 5 mois, alors que les souris hétérozygotes vivent autour d'un an et que les contrôles sauvages vivent deux ans. Étonnamment, des souris qui n'expriment ni la lamine A ni la progérine, mais uniquement de la lamine C, vivent plus longtemps que les souris contrôle, suggérant que la lamine A et la progérine, qui sont produites à partir du même transcrit, participent à la régulation de la durée de la vie. De plus, la caractérisation initiale des souris HGPS indique que l'expression de la progérine est délétère pour le tissu adipeux, établissant ainsi un lien inattendu entre l'épuisement du tissu adipeux et le vieillissement accéléré. Ce nouveau modèle murin est actuellement en train d'être utilisé pour des approches de modulation de l'épissage aberrant du gène LMNA avec des oligonucléotides antisense et des petites molécules chimiques. / Aging is a complex cellular and organismal process that can be influenced by environmental as well as genetic factors. A striking proof-of-concept that splicing regulation plays an important role in the aging process is provided by Hutchinson-Gilford progeria syndrome (HGPS), a disease caused by a heterozygous silent mutation that enhances the use of an internal 5' splice site in exon 11 of LMNA pre-mRNA and leads to the production of a truncated protein called “progerin”. The LMNA splicing defect also occurs with increased frequency in cells from healthy aged individuals and correction of this defect leads to partial reversal of age-related dysfunction. This makes LMNA pre-mRNA an attractive target for splicing-correction therapies. During my PhD thesis I have characterized the splicing mechanism responsible for progerin production and demonstrated that this process is conserved from mouse to human. I have found that HGPS mutation changes the accessibility of the exon 11 internal 5' splice site, allowing its modulation by U1 snRNP and a subset of SR proteins, namely SRSF6 and SRSF1. I have also participated to the characterization of a new mouse model reproducing human HGPS splicing alteration in the mouse Lmna gene. Strikingly, this model recapitulates all phenotypic manifestations of HGPS. The homozygous mice, where most lamin A is converted to progerin, lived no longer than 5 months, whereas heterozygous mice lived in average one year and wild type littermates up to two years. Unexpectedly, mice expressing neither lamin A nor progerin, but only lamin C, lived longer than wild type littermates mice, suggesting that lamin A and progerin which are produced from the same transcript, control critical steps of lifespan. Furthermore, initial characterization of HGPS mouse model indicated that progerin expression is deleterious for adipose tissue, establishing an unexpected link between adipose tissue depletion and accelerated aging. The new mouse model is currently being used for pharmacological modulation of LMNA aberrant splicing by antisense oligonucleotides and small molecules.

La progéria ou HGPS (Hutchinson-Gilford progeria syndrome) est une maladie caractérisée par un vieillissement prématuré et accéléré extrêmement rare. Son incidence est estimée à environ 1 cas pour 4 à 8 millions de naissances selon les études. Les signes cliniques qui la caractérisent incluent notamment un retard de croissance majeur, une lipodystrophie, des ostéolyses distales et une atteinte cardiovasculaire qui est la cause du décès à l'âge moyen de 13 ans. La progéria est causée de façon prédominante par une mutation de novo dans le gène LMNA codant les lamines A et C, découverte par notre équipe en 2003. Cette mutation récurrente, prédite pour être silencieuse (c.1824C>T; p.Gly608Gly), active un site d'épissage cryptique qui génère une forme tronquée, anormalement prénylée et toxique de la lamine A, appelée la progérine. Ce travail de thèse a eu pour objectifs : 1) la caractérisation de différents marqueurs moléculaires et phénotypiques des lignées de patients atteints d'HGPS ou de syndromes apparentés ainsi que dans le modèle murin de progéria LmnaG609G/G609G, 2) la caractérisation des aspects cognitifs de ce modèle murin ainsi qu'une étude élargie de l'expression des lamines dans le cerveau, 3) le développement de nouvelles approches thérapeutiques dans le cadre de la progéria, in vitro et in vivo, incluant notamment l'exploration des effets d'une molécule antioxydante, le resvératrol, ainsi que l'adaptation de l'approche thérapeutique par oligonucléotides antisens (AON) (Osorio et al. 2011) visant à son administration par voie orale. / Hutchinson-Gilford progeria syndrome (HGPS) is an extremely rare genetic disease characterized by premature, accelerated and segmental aging with an estimated incidence of 1 in 4 to 8 million of births. Children with HGPS present with major growth retardation, lipodystrophy, distal osteolysis and cardiovascular defects that cause their death at the mean age of 13 years. In 2003, our team discovered the causative mutation of HGPS in the LMNA gene. Despite being predicted as silent (c.1824 C>T; p.Gly608Gly), this de novo mutation activates a cryptic splicing site leading to the production of a truncated, aberrantly prenylated and toxic form of lamin A, called progerin. The main objectives of this thesis have been: 1) characterizing molecular and cellular biomarkers in HGPS or related syndromes patients' cell lines, together with the progeria mouse model LmnaG609G/G609G, 2) characterizing cognitive aspects as well as lamins' and progerin expression in the central nervous system in the same in vivo model and 3) the developement, in vitro and in vivo, of novel therapeutic approaches for progeria using either resveratrol, an antioxidant molecule, or micelle-coated antisense oligonucleotides with the intent of adapting an oral treatement for progeria children.

Hallermann-Streiff syndrome (HSS) is a rare inherited disorder characterized by malformations of the cranium and facial bones, congenital cataracts, microphthalmia, skin atrophy, hypotrichosis, proportionate short stature, teeth abnormalities, and a typical facial appearance with prominent forehead, small pointed nose, and micrognathia. The genetic cause of this developmental disorder is presently unknown. Here we describe 8 new patients with a phenotype of HSS. Individuals with HSS present with clinical features overlapping with some progeroid syndromes that belong to the laminopathies, such as Hutchinson-Gilford progeria syndrome (HGPS) and mandibuloacral dysplasia (MAD). HGPS is caused by de novo point mutations in the LMNA gene, coding for the nuclear lamina proteins lamin A and C. MAD with type A and B lipodystrophy are recessive disorders resulting from mutations in LMNA and ZMPSTE24 , respectively. ZMPSTE24 in addition to ICMT encode proteins involved in posttranslational processing of lamin A. We hypothesized that HSS is an allelic disorder to HGPS and MAD. As the nuclear shape is often irregular in patients with LMNA mutations, we first analyzed the nuclear morphology in skin fibroblasts of patients with HSS, but could not identify any abnormality. Sequencing of the genes LMNA, ZMPSTE24 and ICMT in the 8 patients with HSS revealed the heterozygous missense mutation c.1930C>T (p.R644C) in LMNA in 1 female. Extreme phenotypic diversity and low penetrance have been associated with the p.R644C mutation. In ZMPSTE24 and ICMT , no pathogenic sequence change was detected in patients with HSS. Together, we found no evidence that HSS is another laminopathy.

Les mutations du gène LMNA, codant les lamines A/C, des protéines ubiquitaires de l'enveloppe nucléaire, sont responsables de formes autosomiques de dystrophie musculaire d'Emery-Dreifuss (EDMD), pathologie associant une atteinte des muscles squelettiques et une cardiomyopathie dilatée (DCM) avec troubles rythmiques et/ou conductifs. Lors de ma thèse j'ai analysé le phénotype musculaire et cardiaque de souris LmnaΔK32/+ (Het), mutation identifiée chez des patients présentant une EDMD sévère. Les souris Het n'ont pas d'atteinte musculaire mais développent une DCM conduisant au décès entre l'âge de 35 et 7O semaines. Le niveau de lamines A/C est diminué de 50% dans le cœur des souris Het avant et au début de la DCM mais similaire aux Wt chez les souris Het souffrant de DCM. La diminution de la quantité de lamines A/C est liée à leur dégradation par le système ubiquitine-protéasome (UPS) dont la fonction est altérée dans le cœur des souris Het, conduisant à l'augmentation de la quantité de lamines K32 avec l'âge. In vitro, l'accumulation des lamines A/C K32 conduit à leur agrégation nucléaire, suggérant un effet dominant négatif de ces protéines mutées. Pour conclure, la souris LmnaΔK32/+ est le premier modèle murin porteur d'une mutation du gène Lmna qui développe une cardiomyopathie isolée à l'état hétérozygote. L'UPS joue un rôle important dans la dégradation des lamines A/C mutées, limitant leur effet délétère. Les mécanismes physiopathologiques à l'origine de la DCM chez les souris Het sont donc doubles : à l'haploinsuffisance des lamines A/C, connue comme préjudiciable pour le cœur, s'ajoute un effet poison des lamines mutées augmentant avec la dysfonction de l'UPS

Les myopathies héréditaires représentent un large groupe de pathologies neuromusculaires progressives affectant l’intégrité générale, structurelle et fonctionnelle du muscle squelettique. Elles engendrent une myriade de symptômes, ternissant qualité de vie et autonomie, et pouvant même s’avérer mortelles. La pose d’un diagnostic juste peut être difficile, entravée notamment par une faible prévalence de certaines myopathies, l’importante hétérogénéité clinique existante, et le chevauchement symptomatique des diverses formes. Malgré les avancées récentes faites dans le domaine des techniques de séquençage qui contribuent grandement au dépistage, au moins 25% des individus atteints de myopathies demeurent sans diagnostic génétique. Suivant l’investigation clinique d’un patient (Z46) atteint d’une myopathie distale à apparition tardive, l’analyse par séquençage ARN (RNA-seq) a révélé un variant non-sens homozygote de signification inconnue (VUS) à la fin de l’exon 5 du gène MLIP. Les niveaux d’expression génique altérés de « Protéine musculaire interagissant avec LMNA » (MLIP) et son partenaire « Lamine de type A » (LMNA) ont poussé à approfondir l’investigation. Davantage d’altérations -omiques furent identifiées par les techniques de RT-PCR, qPCR et WB, renforçant l’effet pathogénique du variant. Consolidant tous les résultats, le séquençage de longues lectures (LRS) a révélé un mécanisme d’épissage alternatif compensatoire de MLIP, qui tend à contourner et minimiser la production de transcrits arborant l’exon 5 muté. La présente étude vise à : 1) apporter un diagnostic génétique définitif au patient Z46, posant le variant MLIP comme causatif de la myopathie distale; 2) démontrer le pouvoir diagnostique du RNA-seq dans la résolution de ce cas complexe par l’identification et l’élucidation du VUS; 3) témoigner de l’étendue de la caractérisation transcriptomique offerte par les longues lectures du LRS. Couplé à cela, la modélisation du variant pathogénique par CRISPR/Cas9 dans une lignée cellulaire de myoblastes humains immortalisés permettra l’évaluation des impacts morpho-fonctionnels; conférant un supplément d’informations relatives aux fonctions musculaires normales et pathologiques de MLIP, faiblement caractérisées jusqu’à présent. / Hereditary myopathies represent a large group of progressive neuromuscular disorders affecting the general, structural and functional integrity of skeletal muscle. They cause a myriad of symptoms, impairing quality of life and autonomy, and can even be fatal. Making an accurate diagnosis can be difficult, hampered in particular by the low prevalence of certain myopathies, the significant clinical heterogeneity that exists, and the symptomatic overlap of the various forms. Despite recent advances in sequencing techniques that greatly assist in screening, at least 25% of individuals with myopathies remain without a genetic diagnosis. Following the clinical investigation of a patient (Z46) with a late-onset distal myopathy, RNA-sequencing (RNA-seq) analysis revealed a homozygous nonsense variant of unknown significance (VUS) at the end of exon 5 of the MLIP gene. Altered gene expression levels of ‘’Muscular LMNA-Interacting Protein’’ (MLIP) and its partner ‘’A-type Lamin’’ (LMNA) prompted further investigation. More -omic alterations were identified by RT-PCR, qPCR and WB technics, reinforcing the pathogenic effect of the variant. Consolidating all results, Long-Read Sequencing (LRS) revealed a compensatory alternative splicing mechanism of MLIP, which tends to bypass and minimize the production of transcripts carrying the mutated exon 5. The present study aims to: 1) provide a formal genetic diagnosis for patient Z46, positing the MLIP variant as causative of the distal myopathy; 2) demonstrate the diagnostic power of RNA-seq in resolving this complex case through identification and elucidation of the VUS; 3) testify to the breadth of transcriptomic characterization afforded by the long reads of LRS. Coupled with this, CRISPR/Cas9 modeling of the pathogenic variant in an immortalized human myoblast cell line will allow assessment of morpho-functional impacts; conferring additional information related to the normal and pathological muscles functions of MLIP, poorly characterized thus far.