Impact de la mutation du gène LRPPRC sur la vulnérabilité induite par un stress inflammatoire et nutritionnel in vitro et sur la morphologie cérébrale ex vivo

Abstract

Le syndrome de Leigh version canadienne-française (LSFC) est une maladie mitochondriale rare causée par la mutation du gène LRPPRC (leucine-rich pentatricopeptide repeat motif containing). Le LSFC est caractérisé principalement par une déficience tissu-spécifique (cerveau et foie) en cytochrome c oxydase (COX), ainsi que par des crises potentiellement fatales d'acidose lactique. Ces crises, qui entraînent la mort de 80% des enfants atteints avant l’âge de 4 ans, peuvent être déclenchées, entre autres, par une infection/inflammation et une surcharge nutritionnelle. À ce jour, aucun traitement existe pour prévenir ces crises. Cette étude vise à caractériser l’impact d'un stress de type inflammatoire et nutritionnel (SIN) sur la mort cellulaire et la fonction mitochondriale dans des fibroblastes de peau de patients atteints de LSFC, de même que l’aspect cérébral chez la souris déficiente en LRPPRC hépatique (HKO). Nous supposons que la mutation de LRPPRC : 1) Entraîne une susceptibilité accrue à un SIN, laquelle est associée à une dysfonction mitochondriale et une mort cellulaire augmentée; 2) Exerce un impact cérébral chez la souris HKO. In vitro, la fonction mitochondriale et la mort cellulaire ont été évaluées 24h après l’exposition à un SIN induit par le facteur de nécrose tumorale alpha (« tumor necrosis factor alpha »; TNF-α) et le palmitate. Le potentiel membranaire (∆Ψm), la production des espèces réactives oxygénées (ERO), la capacité de rétention calcique (CRC) et la respiration cellulaire ont été mesurées afin de caractériser la fonction mitochondriale. L’impact des acides gras oméga-3 (O3), un composé anti-inflammatoire, sur la mort cellulaire et la fonction mitochondriale a également été étudié. Ex vivo, les populations globale, neuronale et astrocytaire ont été évaluées dans les cerveaux des souris HKO et sauvages (« wild type » ; HWT). Nos résultats démontrent que la dysfonction mitochondriale associée à la mutation du gène LRPPRC rend les fibroblastes moins capables de répondre au SIN. En conséquence, des taux plus élevés de mort cellulaire ont été observés chez les fibroblastes LSFC par rapport aux témoins. Aussi, les acides gras O3 exercent un effet bénéfique par rapport à la modulation de la mort cellulaire et au ∆Ψm. Finalement, l’ablation du gène LRPPRC hépatique cause une perte neuronale dans le tronc cérébral des souris HKO. Notre étude a permis d’identifier certains mécanismes cellulaires impliqués dans la physiopathologie du LSFC. Le rôle thérapeutique potentiel des acides gras O3 devra être considéré dans les recherches futures entourant la maladie.

Leigh syndrome French Canadian Type (LSFC) is a rare disease caused by mutations in the LRPPRC gene (leucine-rich pentatricopeptide repeat motif containing). LSFC is primarily characterized by a tissue-specific deficiency (brain and liver) in cytochrome c oxidase (COX) and potentially fatal crises of lactic acidosis. These crises, which cause the death of 80% of children affected before the age of 4, are triggered, among others, by infection or inflammation and nutritional overload. To date, no treatment exists to prevent these crises. This study aims to characterize the impact of an inflammatory and nutritional stress (SIN) on cell death and mitochondrial function in skin fibroblasts of patients with LSFC, as well as the cerebral morphology of mouse with a liver specific knockout of LRPPRC (HKO). We assume that the LRPPRC mutations: 1) Leads to increased SIN susceptibility, which is associated with mitochondrial dysfunction and increased cell death; 2) Exerts a cerebral impact in the HKO mouse. In vitro, mitochondrial function and cell death were evaluated 24 h after SIN exposure induced by tumor necrosis factor alpha (TNF-α) and palmitate. Membrane potential (ΔΨm), reactive oxygen species (ERO) production, calcium retention capacity (CRC) and cell respiration were measured in order to characterize mitochondrial function. The impact of omega-3 fatty acids (O3), anti-inflammatory compound, on cell death and mitochondrial function was also assessed. Ex vivo, the global, neuronal and astrocytic populations were evaluated in the brains of HKO and wild type (HWT) mice. Mitochondrial dysfunction associated with LRPPRC mutations make fibroblasts less able to respond to SIN. As a result, higher rates of cell death were observed in LSFC fibroblasts. Also, O3 fatty acids exert a beneficial effect when modulating cell death and ΔΨm. Finally, liver specific knockout of LRPPRC causes neuronal loss in the brainstem of HKO mice. Our study identified cellular mechanisms involved in the pathophysiology of LSFC. The potential therapeutic role of O3 fatty acids should be considered in future research regarding the disease.