Étude du rôle des ARN non codants du cluster Dlk1-Dio3 dans la dystrophie myotonique de type 1

Abstract

La dystrophie myotonique de type 1 (DM1) est la forme la plus courante de dystrophie musculaire chez l'adulte. La DM1 est une maladie complexe multi-systémique caractérisée par la faiblesse musculaire, l’atrophie musculaire, la myotonie, des cataractes, des anomalies cardiaques et neurologiques. La DM1 est causée par une expansion des répétitions de trinucléotides CTG dans la région 3’ non traduite du gène de la protéine kinase DMPK. L'expression du transcrit DMPK mutant conduit à la séquestration et à la perturbation de la fonction normale des membres de la famille des protéines de type Muscleblind (MBNL) et CELF. Ces facteurs ont été principalement impliqués dans la régulation de l'épissage alternatif des ARNm et de nombreuses études ont montré que leurs cibles étaient mal épissées chez les patients atteints de DM1. Malgré le progrès scientifique, de nombreux mécanismes impliqués dans la pathogenèse de la DM1 restent largement inconnus. Les ARN non codants sont connus comme étant des régulateurs clés du développement musculaire. Des preuves récentes ont montré qu'une mauvaise régulation de certains lncARN et miARN joue un rôle dans les maladies musculaires. À l'aide de l’analyse par micropuces et par RT-qPCR, nous avons observé une surexpression de plusieurs ARNs non codants du cluster Dlk1-Dio3, impliqué dans le développement musculaire, dans des échantillons musculaires de modèles murins de la DM1 (HSALR) et de patients atteints de DM1. De plus, nous avons observé un changement dans le profil d'épissage d’un de ces ARN non codants, le lncRNA MEG3, dans le modèle de souris DM1 et les myoblastes de DM1 humain. Le traitement des souris HSALR avec de la furamidine, un inhibiteur de la transcription des répétitions CTG, suggère une corrélation entre l'expression du transgène toxique avec répétitions CTG et la dérégulation du cluster Dlk1-Dio3. Comme les transcrits contenant des répétitions CUG séquestrent les protéines MBNL, nous avons exploré le rôle de ces protéines dans la régulation du cluster Dlk1-Dio3. Ainsi, la déplétion des protéines MBNL par ARNi conduit à une augmentation de l’expression de MEG3 lors de la myogénèse. La déplétion du lncRNA MEG3 par ARNi résulte en une différenciation retardée des myoblastes humains. L'absence d’effet de la déplétion de MEG3 sur les gènes cibles connus de ce lncRNA suggère un mécanisme de régulation potentiellement différent dans les cellules musculaires. Nos résultats montrent une perturbation de l’expression du cluster Dlk1-Dio3 dans la DM1 et suggère un rôle potentiel de ce cluster dans cette maladie.

Myotonic dystrophy type 1 (DM1) is the most common adult form of muscular dystrophy. It is a complex multi-systemic disorder, characterized by progressive muscle weakness and wasting, myotonia, cataracts, cardiac and neurological defects. DM1 is caused by an expansion of CTG trinucleotide repeats in the 3’ untranslated region of the protein kinase gene DMPK. The expression of the mutant DMPK transcript leads to the sequestration and disruption of the normal functions of the members of the Muscleblind-like (MBNL) family of proteins and CELF1. These factors have primarily been implicated in the regulation of the pre-mRNA alternative splicing and multiple studies have shown that their targets are mis-spliced in DM1 patients. Despite recent advances, many mechanisms involved in DM1 pathogenesis remain largely unknown. Non-coding RNAs are emerging as key regulators of human muscle development. Recent evidence has shown that mis-regulation of specific lncRNAs and miRNAs play a role in muscular diseases. Using microarray and RT-qPCR, we found an overexpression of several mature miRNAs and lncRNAs from the Dlk1-Dio3 cluster, which play an important role in muscle development, in the muscle samples from DM1 (HSALR) mouse model and DM1 patients. Furthermore, we see a change of the splicing profile of the Dlk1-Dio3 lncRNA MEG3 in DM1 mouse model and human DM1 myoblasts. Since the transcripts containing CUG repeats sequester MBNL proteins, we explored the role of these proteins in the regulation of the Dlk1-Dio3 cluster. Therefore, the treatment of HSALR mice with furamidine, an inhibitor of CTG-expanded repeats transcription, shows a correlation between expression of the CTG-rich toxic transgene and Dlk1-Dio3 lncRNAs expression. Depletion of MBNL proteins with siRNAs leads to an up-regulation of MEG3 during myogenesis. Depletion of MEG3 by RNAi results in a delayed differentiation of myoblasts. Our results reveal a disruption of Dlk1-Dio3 cluster expression in DM1 and suggest a role for this cluster of non-coding RNAs in this disease.