Criblage génétique et caractérisation fonctionnelle des mutations dans le gène CHD2 associé à l’épilepsie dans un modèle de poisson zèbre

Abstract

L’épilepsie est une des maladies neurologiques les plus fréquentes à travers le monde avec plus de 50 millions de personnes atteintes. Même si la recherche a permis d’expliquer de nombreux cas d’épilepsies génétiques, bien souvent les causes sous-jacentes restent encore indéterminées. Une classe particulière d’encéphalopathies épileptiques avec photosensibilité a récemment été associée au gène CHD2. Dans le but d’améliorer nos connaissances sur ce gène, nous avons criblé génétiquement des cohortes de patients épileptiques, dont 95 photosensibles, avant de caractériser l’effet fonctionnel des nouvelles variations génétiques, dans un modèle de poisson zèbre. Nous avons séquencé le gène CHD2 chez un total de 1959 patients épileptiques, et nous rapportons 37 nouvelles variations génétiques potentiellement dommageables dans divers types d’épilepsies. Nous avons démontré in vitro, qu’une mutation silencieuse découverte chez un patient épileptique photosensible, affecte l’épissage du gène et mène à l’introduction prématurée d’un codon d’arrêt, suggérant une perte partielle de fonction de la protéine. Nous avons ensuite montré in situ que le gène chd2 est exprimé dans le cerveau des poissons zèbres, puis nous avons diminué son expression dans ce modèle à l’aide d’un Morpholino (MO). Nous avons observé un phénotype morphologique courbé et une durée de vie réduite chez les poissons injectés avec le MO, puis l’injection du gène humain sauvage CHD2 a permis de sauver de manière significative ce phénotype. Par la suite, afin de caractériser certaines variations génétiques identifiées dans notre cohorte, nous avons injecté chez le poisson zèbre différentes copies mutantes du gène humain CHD2 et nous avons démontré que l’une d’elles ne permet pas de sauver significativement le phénotype. Afin d’étudier l’effet d’une inactivation complète de chd2, nous avons finalement établi une lignée stable de poissons zèbre n’exprimant pas ce gène, à l’aide de la technique CRISPR-Cas9. Nous sommes les premiers à inactiver complètement chd2 chez les poissons zèbres, et cette lignée permettra de mieux comprendre le rôle de ce gène dans l’épilepsie. Bien que nos résultats soient préliminaires, nous avons montré chez le poisson zèbre qu’une nouvelle variation génétique dans le gène CHD2 pourrait causer l’épilepsie.

Epilepsy is one of the most common neurological diseases worldwide affecting more than 50 million people. Although medical research unravelled the genetic basis of some epilepsies, the majority of cases remains unexplained. A particular form of epileptic encephalopathies with photosensitivity has recently been associated with the CHD2 gene. In order to better understand the role of CHD2 in epilepsy, we screened epileptic patients for pathogenic variants and we characterized the functional effect of newly discovered genetic variations in a zebrafish model. Overall, we sequenced the CHD2 gene in a total of 1959 epileptic patients, including 95 photosensitive, and reported 37 new genetic variations potentially damaging in various types of epilepsy. We demonstrated in vitro that a silent mutation found in a photosensitive epileptic patient affects the splicing of the gene and leads to the introduction of a premature stop codon, suggesting a partial loss of function of the protein. We then showed in situ that the chd2 gene is expressed in the brain of zebrafish, and could be knocked down in this model using a Morpholino (MO). Zebrafish injected with MO presented a curved morphological phenotype, as well as a reduced lifetime. Then we showed that injection of the wild-type human CHD2 gene resulted in a significant rescue of this abnormal phenotype. Subsequently, we injected different mutant copies of the human CHD2 gene to characterize genetic variations identified in our cohort. Only one of these did not significantly save the phenotype. In order to study the effect of a complete inactivation of chd2, we established a stable line of zebrafish that do not express this gene, using the CRISPR-Cas9 technique. We are the first to knockout chd2 in zebrafish, and will continue using this transgenic line to better understand the role of this gene in epilepsy. Although our results are preliminary, we showed in a zebrafish model that a new genetic variation in CHD2 could cause epilepsy.