Approche bio-informatique permettant de déterminer l'impact des mutations pathogènes de DNMT3A sur la spécification et la programmation de la lignée neuronale dans le syndrome de Tatton-Brown-Rahman
Thesis or Dissertation
2021-08 (degree granted: 2022-03-31)
Level
Master'sDiscipline
Bio-informatiqueKeywords
- Épigénétique
- Méthylation d’ADN
- DNMT3A
- Expression génique
- Transcriptomique
- Syndrome Tatton-Brown-Rahman
- TBRS
- Neurodéveloppement
- Développement embryonnaire
- Progéniteurs neuronaux
- Cellules souches pluripotentes induites
- Epigenetics
- DNA methylation
- Gene expression
- Transcriptomics
- Tatton-Brown-Rahman syndrome
- Neurodevelopment
- Embryonic development
- Neuronal progenitors
- Induced pluripotent stem cells
- Biology - Bioinformatics / Biologie - Bio-informatique (UMI : 0715)
Abstract(s)
Le syndrome de Tatton-Brown-Rahman (TBRS) est une maladie génétique rare caractérisée par une taille plus grande que la normale, une déficience intellectuelle et des traits faciaux dysmorphiques. Ce trouble est associé à une mutation fonctionnelle de DNMT3A, une enzyme responsable de l’établissement de modifications de la méthylation de l’ADN impliquée dans la régulation des gènes et indispensable au développement. Actuellement, nous ne savons pas comment les mutations fonctionnelles de la protéine DNMT3A peuvent être à l'origine d’altération lors du développement neurologique et d'autres problèmes observés chez les patients atteints de TBRS. Ainsi, il existe un besoin urgent de développer des modèles chez l’humain pour comprendre les causes moléculaires et cellulaires du TBRS et pour trouver des traitements potentiels et spécifiques pour les patients. Par conséquent, nous proposons d'utiliser des cellules souches pluripotentes induites (iPSC), une technologie qui permet de convertir les cellules d'un patient en cellules souches, que nous avons reprogrammées en progéniteurs neuronaux (NPC). Grâce à cette approche, nous avons pu effectuer une série d’analyses bio-informatiques, nous permettant de déterminer comment les cellules neuronales sont affectées. Le séquençage des profils de méthylation et de transcription des cellules iPSC et NPC nous a permis de démontrer que les mutations étudiées dans le domaine Mtase du gène DNMT3A induisent des changements de méthylation et d’expression significatifs dans les cellules mutées, et ce pour les deux types cellulaires (iPSC et NPC). L’annotation des régions et des transcrits différentiellement méthylés et exprimés a permis d’associer ces derniers à des gènes et des enrichissements biologiques liés au développement ainsi qu’au neurodéveloppement démontrant ainsi une perturbation de ces processus. Dans l'ensemble, ce projet permettra de découvrir l’impact des mutations dans le gène DNMT3A et fournira un modèle fonctionnel permettant de tester de nouvelles avenues thérapeutiques pour traiter le TBRS. Tatton-Brown-Rahman syndrome (TBRS) is a rare genetic disorder characterized by larger than normal height, intellectual disability, and dysmorphic facial features. This disorder is associated with a functional mutation in DNMT3A, an enzyme responsible for establishing DNA methylation changes involved in gene regulation and essential for development. Currently, we do not know how functional mutations in the DNMT3A protein may cause neurodevelopmental impairment and other problems seen in patients with TBRS. Thus, there is an urgent need to develop models in humans to understand the molecular and cellular causes of TBRS and to find potential and specific treatments for patients. Therefore, we propose to use induced pluripotent stem cells (iPSC), a technology that converts a patient's cells into stem cells, which we reprogrammed into neuronal progenitors (NPCs). Using this approach, we were able to perform a series of bioinformatics analyzes allowing us to determine how neuronal cells are affected. The sequencing of the methylation and transcription profiles of iPSC and NPC cells allowed us to demonstrate that the mutations studied in the Mtase domain of the DNMT3A gene induce significant methylation and expression changes in the mutated cells, for both cell types (iPSC and NPC). Annotation of the differentially methylated and expressed regions and transcripts allowed them to be associated with genes and biological enrichments related to development as well as neurodevelopment, demonstrating a disruption of these processes. Overall, this project will uncover the impact of mutations in the DNMT3A gene and provide a functional model for testing new therapeutic avenues for treating TBRS.
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