Les dysferlinopathies constituent un groupe de dystrophies musculaires autosomiques récessives comprenantprincipalement la myopathie des ceintures (LGMD) de type 2B et la myopathie distale de Miyoshi. Elles sont causéespar des mutations dans le gène DYSF qui se situe dans la région chromosomique 2p13.1-13.3 (NM_003494). Ce gènecomporte 55 exons répartis sur plus de 230 kb. Il est exprimé principalement dans le muscle squelettique etcardiaque, mais également dans d'autres tissus (placenta...) et types cellulaires tels que lesmonocytes/macrophages. La dysferline (2080 acides aminés, 237 kDa, O75923) fait partie de la famille des Ferlineset comporte 7 domaines C2, senseur de calcium et un domaine transmembranaire C-terminal.La dysferline participe à la formation des tubules-T et à la fusion des myoblastes en myotubes avec lamyoferline (un autre membre de la famille). Elle est localisée au sarcolemme de la fibre musculaire squelettiqueadulte, où elle joue un rôle dans sa réparation. En effet, chez l’homme comme dans les modèles murins, en absencede dysferline, des vésicules, dont la nature n’est pas clairement établie, s’accumulent sous le sarcolemme lésé sansfusionner avec celui-ci. Elle interagirait avec plusieurs protéines membranaires ou cytosoliques, dont certaines(comme la cavéoline 3) sont aussi impliquées dans d’autres formes de LGMD.Au cours de ma thèse, mon travail a été axé d’une part sur l’amélioration des techniques de diagnostic : étudede délétion/duplication dans le gène DYSF par CGH et le développement d’un test permettant d’évaluerl’absence/présence de la dysferline à partir de sang total par des techniques de FACS et d’immunofluorescence.D’autre part j’ai également étudié la pertinence d’approches thérapeutiques. Ainsi, nous avons mis en évidence unelarge délétion homozygote des ¾ du gène DYSF chez une patiente présentant un phénotype modéré dedysferlinopathies. Cette délétion permet cependant la production d’une dysferline tronquée. L’identification decette miniprotéine, la première identifiée à ce jour a permis de mettre en évidence l’aspect en partie modulaire dela dysferline. Une autre donnée sur le caractère modulaire de la dysferline est apparue dans la littérature, cette foismontrant le caractère dispensable de l’exon 32. Sur la base de cette observation clinique, nous avons développéune approche thérapeutique par saut d’exon pour les dysferlinopathies, en démontrant dans un premier temps safaisabilité technique sur l’exon 32.L’ensemble de ces travaux permettront probablement l’amélioration du diagnostic différentiel desdysferlinopathies, tout en fournissant de nouvelles pistes pour comprendre les rôles de la dysferline et offrir ainsides pistes thérapeutiques pour le traitement de patients souffrant de ces pathologies. / Dysferlinopathies are a group of autosomal recessive muscular disorders including mainly limb girdlemuscular dystrophy 2B (LGMD2B) and Miyoshi Myopathy (MM), caused by mutation in DYSF gene (2p13.1-13.3). It is composed by 55 exons spreading on 234 kb of genomic DNA and it is expressed mainly in skeletal and heart muscle and monocytes/macrophages.Dysferlin (2080 amino-acids, molecular weight 237 kDa) belongs to the Ferlin family as Myoferline, which is also expressed in muscle. Dysferlin is involved with Myoferlin in myoblasts fusion and T-tubule formation. In adult skeletal muscle, Dysferlin is localized at the sarcolemma where it plays its main function: the sarcolemma repair after muscular wounding. It has been suggested that Dysferlin allows them to fuse with the plasma membrane in order to provide the required plasma membrane to reseal the wound. During these years, my work was essentially focused on the improvement of diagnosis technique (evaluation of CGH array to detect deletion/duplication event in DYSF gene and development of test able to detect absence/presence of Dysferlin in whole blood), the functional exploration of diagnosis technique (evaluation of CGH array to detect deletion/duplication event in DYSF gene and development of test able to detect absence/presence of Dysferlin in whole blood), and the development of promising therapeutics approaches: AAV gene transfer of a minidysferlin which was identified in patient presenting a mild phenotype and for the first time the demonstration of the feasibility of an exon-skipping therapeutics strategy for dysferlinopathies.

Durant ma thèse, mes recherches se sont principalement portées sur l'identification des propriétés modulaires de la dysferline, une protéine impliquée dans des dystrophies musculaires, afin d'identifier les approches thérapeutiques les plus prometteuses. Mon travail s’est donc orienté selon deux axes de recherche, une approche par « mini-protéines » et une approche par «saut d’exon », toutes deux basées sur des preuves de principe obtenues chez des patients. Nous avons tout d'abord testé une approche de saut d'exon pour l'exon 32 de DYSF. Nous avons pu établir la fonctionnalité de cette protéine tronquée en permettant son expression dans des cellules de patients déficients en dysferline. Ceci a suggéré que le domaine C2D (encodé par les exons 31 à 34) n'est pas essentiel pour la dysferline puisque l'absence d'une partie de celui-ci n'empêche pas sa fonctionnalité. Nous avons dans le même temps analysé les caractéristiques d'autres domaines de la dysferline, en créant des miniprotéines contenant différentes combinaisons de domaines. Nous avons montré que la partie C-terminale de la dysferline (composée des deux derniers domaines C2 et du passage transmembranaire) était essentielle et suffisante pour la fonctionnalité de la dysferline dans le muscle. L'ensemble de ces résultats démontre que certains domaines de la dysferline sont dispensables, ouvrant ainsi la voie à l'étude d'approches de thérapie génique basé sur les minigènes ou le saut d'exon pour les dysferlinopathies. / During my thesis, my researches have mainly concerned the modular properties of dysferlin, a protein involved in muscular dystrophies, in order to identify the most promising therapeutic approaches.My work has been oriented within two research axes, a mini-proteins approach and an exon-skipping approach, both based on proofs of concept obtained in patients. We first tested an exon-skipping approach for the exon 32 of DYSF, based on the identification of a protein lacking the encoded part of this exon, in an asymptomatic person. We have established the functionality of this truncated protein by allowing its expression in dysferlin-deficient patients' cells. This suggests that the C2D domain (encoded by exons 31 to 34) is not essential for dysferlin since the absence of a part of it don't block its functionality.In the same time we analyzed the characteristics of the others domains of dysferlin, by creating miniproteins containing different combinations of domains. By studying the abilities of this constructs, we have showed that the C-ter part of dysferlin (composed of the last C2 domains and the transmembrane domain) was essential and sufficient for the functionality of dysferlin in muscle. All these results demonstrate that several domains of dysferlin are dispensable, paving the way for studying gene therapy approaches, based on minigenes or exon-skipping for dysferlinopathies.

L'épissage des ARN pré-messagers est une étape essentielle pour l'expression des gènes chez les eucaryotes supérieurs. La reconnaissance des exons par la machinerie d'épissage est réalisée grâce à différents éléments cis-régulateurs incluant les séquences consensus d'épissage et les séquences auxiliaires activatrices ou inhibitrices d'épissage. Le pré-ARNm représente une nouvelle cible thérapeutique pour le traitement des maladies génétiques. L'approche du saut d'exon thérapeutique, destinée à restaurer l'expression d'une protéine totalement ou partiellement fonctionnelle en interférant avec le processus d'épissage, suscite un grand intérêt notamment pour la dystrophie musculaire de Duchenne où la modification du transcrit permettrait d'obtenir une forme modérée de la maladie, la Dystrophie musculaire de Becker. Des oligonucléotides antisens sont utilisés pour masquer les signaux d'épissage de reconnaissance d'un exon par le spliceosome, et induire son excision (ou saut) du transcrit mature. La détermination de la meilleure séquence cible des AONs est une difficulté majeure de cette approche. Pour le gène DMD, nous avons pu établir grâce à des analyses bioinformatiques et statistiques combinées avec des tests fonctionnels utilisant des minigènes rapporteurs d'épissage, que le ciblage de motifs exoniques qui fixent le facteur d'épissage SF2/ASF permettait d'obtenir la meilleure efficacité des AONs. Par ailleurs, nous avons exploré la régulation de l'épissage des pseudoexons dans le gène DMD, et notamment les mécanismes conduisant à l'inclusion de ces séquences introniques dans le transcrit mature en condition pathologique. L'étude de deux cas exceptionnels d'activation de pseudoexons associée à des remaniements introniques rares (double délétion, inversion) élargit le spectre des mutations à l'origine de ces défauts d'épissage, et illustre le rôle encore mal connu des remaniements introniques en pathologie humaine. / Splicing of pre-messenger RNAs to mature transcripts is a crucial step in eukaryotic gene expression. The recognition of exon by the splicing machinery involves different cis-regulatory elements, including the splice site motifs and auxiliary sequences, which can act by stimulating or repressing splicing. The pre-mRNA represents a new therapeutic target for the treatment of genetic diseases. Notably, the exon skipping strategy is currently one of the most promising therapeutic approaches for the Duchenne muscular dystrophy. It intends to restore the expression of a partially functional protein by interfering with the splicing process, and converts the severe DMD phenotype into the moderate form of the disease, Becker muscular Dystrophy (BMD). Antisense oligonucleotides are used to mask the splicing signals involved in exon recognition by the spliceosome to induce its skipping from the mature transcript and restore an open reading frame. The determination of the best target sequence of the AONs is one of the major hurdles to overcome. For the DMD gene, a bioinformatic and statistical analysis combined with minigenes studies allowed us to establish that targeting binding sites for the splicing factor SF2/ASF maximizes the AONs efficiency. In a second part of this work, we investigated the splicing regulation of pseudoexons in the DMD gene, in particular the mechanisms leading to the inclusion of these intronic sequences in the mature transcript in pathological conditions. The study of two exceptional cases of pseudoexons activation associated with rare intronic rearrangements (double-deletions, inversion) expands the spectrum of missplicing mutations, and demonstrates the potential role of pure intronic rearrangements in human pathology.

Après la transcription, le pré ARNm subit des étapes de maturation avant de sortir du noyau pour être traduit. Une des étapes de maturation est l'épissage. Il permet de souder les séquences codantes de l'ARNm entre elles (les exons) et d'exclure les régions non codantes (les introns).Des mutations génétiques sont à l'origine de défaut d'épissage. Elles peuvent conduire à des rétentions d'intron, des sauts d'exon et des inclusions de séquences introniques appelées pseudo exons.Ma thèse a porté sur l'utilisation du saut d'exon pour corriger ces inclusions. Je me suis intéressé à deux pathologies : la myopathie à cores et le syndrome de LowePour le premier cas, je me suis intéressé à une mutation dans l'intron 101 du gène RyR1. Cette mutation est à l'origine de la création d'un site donneur d'épissage qui active un site accepteur provoquant l'inclusion d'un pseudo exon de 99 nucléotides. Cette inclusion induit une baisse de la quantité du canal calcique RyR1 dans les cellules du patient. Ce canal permet le couplage entre l'excitation et la contraction musculaire. Ses défauts conduisent à diverses myopathies dont la myopathie à cores. Le patient présentait une hypotonie néonatale, une scoliose et des défauts respiratoires, et n'a jamais acquis la marche. J'ai dessiné des oligonucléotides, je les ai transfectés dans les cellules du patient en culture et ainsi montré par RT PCR que le saut du pseudo exon était possible. Afin d'optimiser l'efficacité pour pouvoir évaluer la restauration au niveau protéique et fonctionnel, j'ai développé un lentivirus exprimant une cassette U7 SmOPT avec les AON choisis. Après transduction des cellules, j'ai pu montrer que le saut du pseudo exon permettait le retour de la protéine et de sa fonctionnalité, cette approche pourrait donc permettre une correction chez le patient.Pour le deuxième cas, j'ai tenté de corriger une mutation du gène OCRL. Cette mutation crée un site donneur d'épissage dans l'intron 4 du gène OCRL et active un site accepteur d'épissage 66 nucléotides en amont. L'inclusion du pseudo exon induit la chute du taux de transcrit OCRL par un mécanisme de "Non sense mediated mRNA Decay". OCRL est une phosphatidyl inositol 5 Phosphatase permettant de réguler la quantité de Ptd Ins(4,5)P2 dans la cellule. Les défauts dans OCRL sont responsables d'une pathologie multisystémique, le syndrome de Lowe. J'ai pu obtenir des fibroblastes cutanés du patient. J'ai transfecté ces cellules avec des AONs choisis pour permettre un saut de l'exon pathogène. J'ai ensuite intégré la séquence des AONs efficaces dans un lentivirus U7. J'ai transduit les cellules du patient en culture et observé un retour de la protéine et un retour de l'activité enzymatique, cette approche pourrait donc théoriquement permettre une correction chez le patient.Ces deux travaux sont les premières preuves de principes de thérapie par modulation de l'épissage pour les myopathies congénitales et pour le syndrome de Lowe. Ils ouvrent la voie à des perspectives de traitement pour ces maladies génétiques. / After transcription, the pre mRNA will undergo different maturation step before getting out of the nucleus for translation. One of these step of maturation is the splicing. It allows to concatenate the coding sequences of the mRNA (the exons) and induces the exclusion of the non coding sequences (the introns).Genetics mutations can lead to splicing defects. These defects could be intron retention, exon skipping and exonisation of intronic sequences called pseudo exons.My thesis work was to evaluate the exon skipping therapy to correct these exonisation. I focuses on two diseases: core myopathy and Lowe syndrome.For the first one, my interest was on a mutation in the 101 th intron of RYR1 gene. This mutation creates a splicing donor site wich unveils a cryptic acceptor site. This leads to the inclusion of a 99 nucleotides pseudo exon. This inclusion induces a decrease of the quantity of the calcium channel RyR1 in the patient cells. This channel allows the excitation-contraction coupling, and therefore the muscular contraction. Defects in this channel lead to different myopathies (eg. core myopathy). The patient present at birth a major neonatal hypotonia, scoliosis and respiratory defects. He has never walked. I designed oligonucleotides (AON), transfected them in the cultured patient cells and showed by RT PCR that exon skipping was possible. In order to optimise the efficiency and to evaluate the rescue at a protein level and at a fonctionnal level, I devellopped a lentivirus which express a U7 Sm OPT cassette with the choosen AONs. After cell transduction, I have shown that exon skipping allowed the rescue of the protein and of its functionnality. This approach could permit a genetic correction for the patientFor the second case, I have tried to correct an OCRL mutation. This upstream creates a splicing donor site and unveils an acceptor site 66 nucleotides before. This leads to the inclusion of a pseudo exon which induces a severe decrease of OCRL transcripts level due to a "non sense mediated mRNA Decay". OCRL is a phosphatidyl inositol 5 Phosphatase, which regulates the Ptd Ins(4,5)P2 pool in the cell. OCRL defects induces a multi systemic disease the Lowe syndrome. I obtained patient cutaneous fibroblasts. I transfected these cells with choosen AONs to correct the splicing defect. I integrated the AONs sequence into a U7 lentiviral cassette. I transduced the cultured patient cells and observed a rescue of the protein with a rescue of its activity. This approach could, theoritically permit a correction in the patient.These two studies are the first proof of concept of splicing modulation therapy for congenital myopathy and for Lowe syndrome. This work offers a lot of perspective for the tratment of these genetic illness

Environ 6000 à 8000 maladies rares différentes existent aujourd’hui, affectant environ 6 à 8% de la population mondiale. La grande majorité d’entre elles correspond à des maladies génétiques, pour lesquelles il n'existe pas de traitement curatif. La révolution génomique a augmenté l’espoir d’obtenir des traitements spécifiques du défaut génétique pour de nombreuses maladies. Dans ces conditions, le traitement et l’analyse des données ne sont pas triviaux et s’éloignent de la simple routine.Cette thèse rapporte la création de Saut d'exon, capables d’aider les chercheurs et les cliniciens à identifier les mutations responsables de certaines maladies et développer de nouvelles stratégies thérapeutiques. Ainsi, les systèmes Human Splicing Finder et UMD-Predictor permettent respectivement de prédire l’effet d’une mutation sur l’épissage et la fonction de la protéine. Ils ont été validés grâce à des jeux de données de référence et/ou issus de la littérature, et peuvent aider les cliniciens à annoter correctement les variations de signification inconnue. De plus, cette thèse propose deux outils à visées thérapeutiques : Skip-E, un outil d’identification des AON candidats à la thérapie par saut d’exon, et NR-Analyser, un système de prédiction des codons de terminaison prématurés candidats à la thérapie par translecture des codons stop.Ces différents systèmes s'intègrent dans un projet plus global dédié à la recherche translationnelle. Par ces deux volets, prédictif et thérapeutique, cette thèse s’inscrit dans une stratégie de recherche en adéquation avec les objectifs du Consortium International pour la Recherche contre les Maladies Rares, l’IRDiRC. / About 6,000 to 8,000 distinct rare diseases exist today and are estimated to affect 6-8% of the world population. The vast majority of them are genetic and for most of them there is no cure. The genomic revolution has increased the hope of specific treatments based on the gene for many diseases. New technologies have emerged, changing drastically data scale produced in biomedical research. In these conditions, treatment and analysis of data are far from trivial and mere routine, despite spectacular advances in computer technology.This thesis reports the creation of bioinformatics systems, capable of helping researchers and clinicians to identify mutations responsible for certain diseases and to develop new therapies. Thus, the Human Splicing Finder and UMD-Predictor systems predict the effect of a mutation on splicing and protein, respectively. Both bioinformatics systems have been validated through high quality reference datasets, and may help clinicians to properly annotate variations of unknown significance. In addition, this thesis offers two new systems for therapeutic purposes: the Skip-E system identifies optimal candidates AONs for exon skipping therapies, and NR-Analyser, a system that predicts premature termination codons potentially candidates to nonsense readthrough therapies.These different systems are part of a larger project dedicated to translational research. With its predictive and therapeutic aspects, this thesis is part of a research strategy matching with the objectives of the IRDiRC (International Rare Diseases Research Consortium).