Inactivation du chromosome X, épigénétique et transcriptome

Le chromosome X est une pierre angulaire de la pathogenèse d'un certain nombre de syndromes, dont certains sont le syndrome de Turner (45, X), le syndrome de Klinefelter (47, XXY), le syndrome du triple X (47, XXX) et le syndrome du double Y (47, XYY ). Malgré cette importance pour la maladie clinique, un seul gène sur le chromosome X a jusqu'à présent été impliqué dans le large spectre de traits phénotypiques observés dans ces syndromes et d'autres syndromes liés à l'X. Le seul gène connu est le gène SHOX (homéobox de petite taille) et code pour un facteur de transcription qui a le peptide natriurétique cérébral (BNP) et le gène du récepteur du facteur de croissance des fibroblastes (FGFR3) comme cibles transcriptionnelles. Il est situé dans la région pseudo-autosomique des chromosomes X et Y. Il a été démontré que ce gène est impliqué dans la petite taille dans le syndrome de Turner, le syndrome de Leri-Weill et la petite taille idiopathique. Il provoque également l'augmentation de la stature dans le syndrome de Klinefelter, le syndrome triple X et le syndrome XYY.

Un certain nombre de traits et de maladies sont fréquemment observés dans les syndromes du chromosome X qui ne peuvent pas être expliqués par ce gène SHOX. Le mieux caractérisé de ces syndromes est le syndrome de Turner, où ces traits phénotypiques peuvent être divisés en :

1. Prédilection auto-immune, qui entraîne un risque accru de pratiquement toutes les maladies auto-immunes de pathogenèse inconnue telles que le diabète et l'hypothyroïdie.
2. Diminution de la viabilité intra-utérine. Ici, il a été suggéré que l'haploinsuffisance de gènes pseudoautosomiques liés à l'X opérant dans le placenta soit impliquée (STS et CSF2RA).
3. Dysgénésie ovarienne, entraînant une insuffisance ovarienne et la nécessité d'un traitement hormonal substitutif à long terme.
4. Malformations cardiovasculaires congénitales de pathogenèses non résolues.
5. Le développement du cerveau, en particulier le développement socio-cognitif, qui est altéré dans de nombreux cas, souvent dans une direction plus "masculine".
6. Augmentation de la prévalence du syndrome métabolique et de l'ostéoporose. Dans les cellules de femmes en bonne santé, avec deux chromosomes X, une inactivation aléatoire de X a lieu (13). Le processus est gouverné par le centre d'inactivation X (XIC) et initié par Xist qui est un gène codant pour un long ARN non codant intermédiaire (lincRNA). Le gène Xist est situé près du centromère sur le bras long du chromosome X, d'où il orchestre les modifications répressives des histones (recrutant PRC2) le long du chromosome X conduisant à l'inactivation. Dans le chromosome X actif restant, PRC2 est titré par Tsix, ce qui laisse effectivement toutes les femelles sous forme de mosaïques pour le chromosome X avec une d'origine maternelle et une d'origine paternelle. Cependant, un grand nombre de gènes répartis sur le chromosome X échappent à cette inactivation du X par des mécanismes inconnus et une compensation de dose a lieu, de sorte que l'expression entre mâles et femelles est comparable pour de nombreux gènes (15, 16). Environ 65 % des gènes sont totalement silencieux, tandis que 15 % échappent complètement à l'inactivation de X et 20 % présentent une expression variable, en fonction de l'origine des cellules tissulaires (17).

Les lincARN sont largement transcrits dans le génome, bien que leur rôle dans la santé et la maladie soit mal compris. Des études sur la compensation de dosage, l'empreinte et l'expression des gènes homéotiques suggèrent que les lincARN fonctionnent à l'interface entre l'ADN et le remodelage de la chromatine avec une implication supplémentaire dans la reprogrammation de la chromatine pour favoriser les métastases cancéreuses. À ce jour, une gamme d'interactions différentes a été émise pour les lincARN dans la régulation transcriptionnelle, et ils peuvent fonctionner à la fois comme des molécules intactes interagissant ainsi que comme des molécules traitées par Dicer qui sont coupées en petits ARN interférents qui dégradent d'autres ARN.

Le remodelage de la chromatine peut être analysé par les marques laissées par les histones sur le brin d'ADN, qui peuvent être de nature permissive ou répressive, selon l'acétylation ou la méthylation des histones. Par exemple, la triméthylation de la lysine 4 sur l'histone H3 (H3K4me3) est enrichie en promoteurs de gènes transcriptionnellement actifs, tandis que la triméthylation de H3K9 (H3Kme3) et H3K27 (H3K27me3) est présente au niveau de promoteurs de gènes qui sont transcriptionnellement réprimés. En utilisant l'immunoprécipitation de la chromatine couplée au séquençage en profondeur (chIPseq), on peut obtenir ces marques le long du chromosome X entier en un seul test.

Les altérations épigénétiques des modifications des histones peuvent être étudiées par une nouvelle méthodologie, permettant l'utilisation de spécimens pathologiques relativement anciens. Cela ouvre de nouvelles perspectives d'expansion de nos connaissances sur le rôle de la permission et de l'inactivation du chromosome X dans différentes maladies, où les syndromes du chromosome X peuvent servir de modèle initial pour comprendre ces processus qui sont très susceptibles d'être importants pour les maladies (par ex. diabète et hypothyroïdie) au-delà de ces syndromes. Comme autre exemple, les malformations congénitales du cœur sont fréquentes dans le syndrome de Turner et conduisent souvent à une dilatation et une dissection aortiques précoces. Chez ces patients et chez les témoins, nous prélevons des blocs de tissu inclus dans la paraffine de la paroi aortique, qui peuvent maintenant être évalués à l'aide de cette méthodologie de première ligne avec un potentiel d'identification de nouvelles marques sur l'ADN des patients Turner par rapport à l'ADN des patients non Turner.

L'empreinte est un autre aspect important de l'action des chromosomes sexuels. L'empreinte fait référence au processus par lequel un gène (ou plusieurs gènes) peut être imprimé en fonction de l'origine parentale. Autrement dit, un gène peut être "activé ou désactivé" en fonction de son origine maternelle ou paternelle. De plus, des études sur la souris montrent que des grappes de gènes sur le chromosome X sont imprimées et sont indépendantes de l'inactivation du chromosome X.

L'importance de l'hérédité biologique apparaît pour les grandes morbidités cardiovasculaires affectant la population, où un trait héréditaire prévaut nettement dans certaines familles. Malgré une promesse de cibler la prévention et le traitement de la morbidité cardiovasculaire, les parties spécifiques du génome qui potentiellement déclenchent les pathologies restent largement à définir, et pourraient apporter des connaissances importantes sur la physiopathologie.

La majeure partie des connaissances sur les implications des aberrations du génome provient de maladies avec des manifestations évidentes et graves résultant de modes de transmission clairs qui permettent l'identification des régions responsables du génome. Ces troubles génétiques ont le potentiel de comprendre le rôle d'un locus spécifique du génome, si cela peut être identifié, car de grandes régions chromosomiques sont souvent impliquées. Dans le cas des phénotypes du chromosome X, nous nous attendons à ce que l'agent causal se trouve sur le chromosome X et utiliserons diverses nouvelles technologies pour identifier cet agent.

Actuellement, nos connaissances limitées sur l'importance du chromosome X dans la pathologie cardiovasculaire proviennent de troubles monogéniques et de différences de genre plus non spécifiques en plus des anomalies chromosomiques sexuelles. En revanche, aucun trouble monogénique sur le chromosome Y n'a été établi comme étant lié à la morbidité cardiovasculaire.

Des modèles humains appropriés pour une meilleure compréhension du rôle joué par les chromosomes sexuels sont disponibles. Ici, les écarts par rapport à la normalité se produisent non seulement à une prévalence raisonnable, mais sont également associés à des phénotypes facilement identifiables et à un pronostic défavorable. Les syndromes de Turner et Klinefelter constituent de tels modèles ; les femmes avec une réduction du matériel chromosomique X et les hommes avec une augmentation du matériel chromosomique X, respectivement. Ces anomalies des chromosomes sexuels s'associent à une morbidité et une mortalité excessives dues à la fois aux maladies cardiovasculaires congénitales et acquises ainsi qu'au diabète, à l'insuffisance ovarienne et à d'autres maladies.

Les phénotypes cardiovasculaires et l'expression et l'activation des gènes sont étudiés chez des femmes et des hommes sains avec une comparaison entre les syndromes de Turner et de Klinefelter dans une conception descriptive transversale. Ces études ont déjà été réalisées et une caractérisation précise est établie. L'hypothèse est que l'importance du chromosome X se manifestera par des niveaux altérés d'expression et d'activation en association avec différents phénotypes cardiovasculaires. Secondairement, des connaissances analogues de base sont fournies sur le chromosome Y. Le projet devrait générer d'autres hypothèses sur le rôle joué par le génome dans la morbidité à la fois dans la population ayant un caryotype normal et dans les caryotypes anormaux.

Dans ce projet, nous fournirons une combinaison unique de technologies moléculaires de première ligne et de cohortes de patients bien définies. Les hypothèses que nous allons tester sont les suivantes :

1. Les transcrits non codants du chromosome X jouent un rôle fondamental dans les anomalies des chromosomes sexuels et peuvent fonctionner par la régulation des mécanismes épigénétiques et par la déstabilisation de l'ARNm
2. La régulation de l'expression de l'ARN non codant sur les chromosomes X est basée sur des mécanismes épigénétiques qui conduisent à différentes marques d'histone et à une méthylation de l'ADN différente chez, par exemple, les personnes atteintes du syndrome de Turner et de Klinefelter par rapport à des témoins sains de même sexe.
3. Le modèle d'expression génique résultant de ces mécanismes est différent dans les anomalies des chromosomes sexuels par rapport aux hommes et aux femmes en bonne santé, et cette différence peut être étudiée dans les tissus malades des femmes atteintes du syndrome de Turner et comparée au tissu témoin normal.
4. Il peut être possible d'identifier une ou quelques molécules conductrices dans les tissus malades des personnes atteintes du syndrome de Turner et Klinefelter, qui peuvent être validées in vitro et in vivo et qui peuvent expliquer les processus de la maladie, en donnant des informations physiopathologiques importantes.

Résultats attendus. Nous espérons être en mesure de définir les changements épigénétiques au niveau des chromosomes X à une résolution de base unique, identifiant ainsi la méthylation CpG au niveau des brins d'ADN ainsi que les marques d'histones permissives et répressives dans les histones.

Nous prévoyons d'identifier le transcriptome à la fois en ce qui concerne les ARNm et les ARN non codants (longs ainsi que les microARN) pour les ARN générés à partir du chromosome X.

Nous espérons pouvoir fournir un Atlas des événements épigénétiques spécifiques des syndromes de Turner et des effets de ceux-ci sur le transcriptome.

En utilisant des méthodes bioinformatiques, cela conduira, espérons-le, à l'identification de nouvelles molécules dérégulées qui pourraient expliquer diverses propriétés de ces patients. Ces molécules feront ensuite l'objet d'une validation dans des cohortes de patients distinctes en utilisant la technologie PCR ou IHC.

Dans les tissus malades, nous étudierons les altérations spécifiques des tissus de l'épigénome et du transcriptome des chromosomes X et les comparerons aux tissus normaux des échantillons témoins. Nous espérons que cela conduira à l'identification des moteurs du processus pathologique et à une compréhension physiopathologique du processus pathologique.