Anomalies du tube neural : mieux comprendre les causes génétiques de cette pathologie complexe

Abstract

Les anomalies du tube neural (ATN) sont des malformations congénitales affectant 1:1000 naissances et causées par une fermeture incomplète du tube neural résultant en des malformations du cerveau et de la moelle épinière. Les présentations les plus courantes de ces malformations sont l’Anencéphalie et le Spina Bifida qui résultent d’échec de fermeture dans les régions crâniales et spinales respectivement. L’étiologie de la maladie est complexe et inclut des facteurs génétiques et environnementaux. À ce jour, près de ~250 gènes causatifs ont été identifiés chez le modèle murin permettant entre autres de conclure à un rôle important de la voie PCP dans l’étiologie des ATN. Des études de liaison et l’étude des gènes de la voie de l’acide folique ont aussi eu un certain succès, mais une majorité de l’étiologie génétique de la pathologie humaine demeure inconnue suggérant que de nouvelles approches sont nécessaires. Le séquençage de l’exome entier combiné aux méthodes d’analyse de variants de novo et de reséquençage de masse offre une option d’investigation puissante permettant d’éclaircir l’étiologie génétique des ATN. L’investigation de variants de novo dans 43 trios a permis d’identifier 42 variants codants dont 6 entraînent une version tronquée de la protéine. De ceux-ci, 2 variants tronquants (p.Tyr392X et p.Leu948fs) touchaient le gène candidat SHROOM3 ayant précédemment été associé aux ATN chez la souris. L’enrichissement statistique de variants tronquants dans ce gène suggère une association à la pathologie humaine. De plus, le nombre élevé de variants tronquants identifiés suggère que l’apparition de variants de novo est un des mécanismes permettant de maintenir la prévalence élevée de cette maladie léthale dans la population. L’investigation des variants transmis à l’aide d’une approche des gènes candidats chez 6 familles affectées par des ATN a permis l’identification d’un variant homozygote tronquant p.Asp16Aspfs*10 sur le gène GRHL3 chez deux sœurs affectées par un ATN. GRHL3 étant un gène candidat ayant été précédemment associé aux ATN chez la souris, un reséquençage massif de ce gène dans 192 patients sporadiques et une réanalyse des 43 trios précédents ont permis d’identifier 7 variants avec un haut potentiel pathogénique. L’analyse statistique de ces variants a permis de conclure un enrichissement significatif suggérant une association de GRHL3 aux ATN humaines. Des études fonctionnelles subséquentes a permis de conclure que deux des variants entraînaient une perte de fonctions (p.Arg391Cys et p.Ala529Val), alors qu’un autre affectait l’épissage de l’ARN (p.Ala318Glyfs*26). Ces résultats supportent fortement l’implication du gène GRHL3 dans les ATN humains. L’étiologie génétique des anomalies du tube neural demeure largement inconnue. Ces nouveaux gènes ouvrent la porte sur de nouveaux processus pathogéniques potentiels de la maladie. Ces résultats permettront de mieux comprendre la maladie et d’offrir une meilleure prise en charge clinique des familles affectées.

Neural tube defects (NTD) are congenital malformations affecting 1 :1000 births and are caused by incomplete neural tube closure resulting in spinal cord and brain malformations. The most frequent presentations include Anencephaly and Spina Bifida which result from failure of closure of the cranial and spinal regions respectively. The etiology of the disease is complex and include genetic and environmental factors. To this day, ~250 causative genes have been identified in the mouse model and demonstrated the role of the planar cell polarity pathway in the NTD’ etiology. Linkage studies and candidate gene studies of folic acid genes had limited success and a large portion of the genetic etiology of the human pathology remain unknown suggesting the need for novel approaches. Whole exome sequencing combined with de novo variant and massive resequencing methods offer a powerful tool that may lead to a better understanding of the genetic etiology of NTD. Investigation of de novo variants in 43 trios identified 42 coding variants including 6 truncating ones. Of these, 2 truncating variants (p.Tyr392X et p.Leu948fs) were found in the SHROOM3 gene which had previously been associated to NTD in mouse. Statistical enrichment of truncating variants in this gene suggest an association to the human pathology. The high number of truncating variants identified in this cohort also suggest that de novo variants are one of the mechanisms that maintain the high prevalence of this lethal disease in the population. Investigation of transmitted variants using a candidate gene approach in 6 NTD affected family identified a homozygous truncating variant p.Asp16Aspfs*10 in the GRHL3 gene in two NTD affected sisters. GRHL3 is a strong candidate gene previously associated to NTD in mouse. Massive parallel resequencing of 192 sporadic patients and the analysis of the 43 previous trios identified 7 variants with a high pathogenic potential. Statistical analysis of these variants demonstrated a significant enrichment suggesting an association of GRHL3 with human NTD. Functional studies supported these findings through the identification of two loss of function variants (p.Arg391Cys et p.Ala529Val) and a variant affecting RNA splicing (p.Ala318Glyfs*26). The genetic etiology of NTD remain largely unknown. These new genes are essential to identification of new potential pathogenic processes of this disease. These results will help better understand the disease and offer better genetic counseling for the affected families.