Profilage Moléculaire de la Scoliose Idiopathique de l’Adolescent

Abstract

La scoliose idiopathique de l’adolescent (SIA) est la déformation la plus fréquente en orthopédie pédiatrique. C'est une maladie qui génère des déformations complexes du rachis, du thorax et du bassin affectant plus sévèrement et majoritairement les filles à la puberté. Malgré de nombreuses années de recherches approfondies dans le domaine de la SIA, la cause n'a toujours pas été résolue. OBJECTIFS : Il a été démontré qu’il existe une dysfonction de la signalisation de la mélatonine par les protéines G inhibitrices (Gi) dans les ostéoblastes isolés de patients atteints de SIA. Ceci a conduit à une stratification des patients en trois groupes fonctionnels. Le but de ce projet de maîtrise est d’établir les profils d’expression moléculaire correspondant à chacun des groupes fonctionnels. Les objectifs spécifiques sont d’identifier les gènes responsables de l’initiation de la SIA et du défaut différentiel observé dans la signalisation des récepteurs couplés aux protéines Gi. MÉTHODES : Des ARNs ont été préparés à partir d’ostéoblastes isolés de patients atteints de SIA sélectionnés pour chaque groupe fonctionnel et comparés aux ARNs obtenus d’ostéoblastes de sujets sains. En plus, des cellules sanguines (PBMCs) isolées d’une paire de jumelles monozygotes discordantes pour la scoliose ont été étudiées pour comparer leur profil d’expression génétique. Nous avons utilisé des biopuces à ADN contenant un ensemble de 54,000 sondes permettant l’analyse du niveau d’expression de plus de 47,000 transcrits représentant 30,000 gènes humains bien caractérisés (Affymetrix, GeneChip® Human gene 1.0 ST array). Les gènes retenus ont par la suite été validés par qPCR sur un plus grand nombre de patients afin de tester la spécificité des profils d’expression pour chaque groupe de patients à partir des cellules osseuses dérivées lors de la chirurgie. RÉSULTATS: Le profilage moléculaire proposé permettra d’établir les fondements moléculaires de la SIA selon le test fonctionnel développé par le Dr Moreau et son équipe et d’identifier de nouveaux gènes associés à la SIA. Ce projet a permis de mettre en évidence des gènes possiblement impliqués dans le défaut de signalisation associé aux protéines Gi communs aux trois groupes, ainsi que des gènes spécifiques à certains groupes, pouvant contribuer au développement de certaines co-morbidités et/ou au risque d’aggravation des déformations rachidiennes. L’étude préliminaire des jumelles monozygotes discordantes pour la scoliose a mis en évidence un nombre limité de gènes possiblement associés au défaut de signalisation observé chez la jumelle scoliotique, gènes dont l’expression pourrait être influencée par des modifications d’ordre épigénétique liées à l’environnement. CONCLUSION: Les données obtenues par des approches de transcriptomiques dans le cadre de ce projet soutiennent notre méthode de stratification fonctionnelle des patients SIA et ont conduit à l’identification de nouveaux gènes associés à la SIA. Ces résultats jettent un éclairage nouveau sur la SIA et contribuent à une meilleure compréhension des mécanismes et facteurs impliqués dans l’étiologie de la SIA. À cet égard, nos résultats permettront éventuellement d’identifier des cibles thérapeutiques potentielles et des traitements personnalisés compte tenu des profils moléculaires distincts observés pour chaque groupe de patients.

The adolescent idiopathic scoliosis (AIS) is the most common deformity in paediatric orthopaedics. It is a disease that generates complex deformations of the spine, thorax and pelvis and severely affecting mainly girls at puberty. Despite many years extensive research into the field of AIS, the cause of this disorder has still not been resolved. OBJECTIFS: We have demonstrated a differential melatonin signaling dysfunction through G inhibitory (Gi) proteins in osteoblasts isolated from AIS patients. This led to a stratification of AIS patients into three distinct functional groups. The goal of this project is to establish molecular expression profiles corresponding to each functional group. The specific objective is to identify genes responsible for the initiation of the AIS and the differential dysfunction in the signaling of Gi protein-coupled receptors. METHODES: Osteoblasts isolated from AIS patients of each functional subgroup were selected and compared to osteoblasts obtained from healthy controls. In addition, blood cells (PBMCs) isolated from a pair of monozygotic discordant twins of scoliosis was studied to compare their gene expression profiles. We used DNA chips with 54,000 probe sets that allow analysis of expression level of over 47,000 transcripts and variants from over 30,000 well-characterized human genes (Affymetrix, GeneChip® Human gene 1.0 ST array). The identified genes were subsequently validated by qPCR in a larger number of patients in order to test the specificity of expression profiles for each group of patients using bone cells derived during surgery. RESULTS: The molecular profiling will establish the molecular basis of AIS according to the functional test developed by Moreau et al., and identify new genes associate with AIS. This project may allow us to identify genes involved in the dysfunction of Gi protein signaling which present in all three groups of patients. Also genes associated specifically with a particular group, can contribute to the development of certain AIS co-morbidities and/or to a risk of aggravation of spine deformities. The preliminary study of monozygotic discordant twins of scoliosis revealed a limited number of genes potentially associated with the signaling defect observed in the scoliotic twin, the gene expression could be influenced by epigenetic changes related to the environment. CONCLUSION: The data obtained by transcriptomic approaches further support our functional method of AIS patients’ stratification, also allowed the identification of novel genes associated with AIS. Such results would provide us a better understanding of the mechanisms and factors involved in the etiology of AIS. In this regard, our results would help to identify potential and specific therapeutic targets and personalized treatments based on the distinct molecular profiles observed in each patient group.