Christine Des Rosiers / (Montréal, Canada)

Acidose lactique du Saguenay−Lac-St-Jean
(Syndrome de Leigh de type canadien-français: LSFC)
Yan Burelle
Professeur titulaire
Christine Des Rosiers
Professeur titulaire
et le Consortium de l’acidose lactique:
Bruce Allen, Yan Burelle, Chantal Bemeur, Lise Coderre, Christine Des Rosiers,
Catherine Laprise, Charles Morin, John Rioux et Eric Schoubridge
U. Montréal, U McGill & UQAC
7e colloque MeetOchondrie
Evian-Les-Bains, 4-7 mai 2014
Introduction
LSFC - Caractéristiques
Déficit du complèxe IV:
Cytochrome oxydase (COX)
VIb
Cyt cIV
VIa
VIII
II
LRPPRC = leucine-rich
pentatricopeptide repeat
containing protein
VIIb
VIc
COX
III
VIIa
Vb
Va
2H+
½ O2
Mutations dans le gène LRPPRC
H2O
•Substitution d’une alanine par une
valine (A354V) ↔ 95 % des patients
•Délétion de 8 nucléotides
(C1277STOP) ↔ un seul patient
(hétérozygote composé)
•Homologue de la levure
(PET309p): protéine liant l’ARNm
•Protéine 130 KD
•Fonction peu comprise.
Merante et al. (1993). American Journal of Human Genetics, 53(2), 481–487.
Morin et al. (1993). American Journal of Human Genetics, 53(2), 488–496.
LSFC – Caractéristiques cliniques
Le LSFC se distingue par des crises d’acidose métabolique,
imprévisibles et létales
100
Log rank test, P=0.001
80
Non-LSFC mitochondrial
diseases
60
40
LSFC
20
0
0
50
100 150 200 250 300
Age (months)
• Crise d’acidose métabolique fulminante avec ou sans crise
neurologique
• Insuffisance hépatique; atteintes du tronc cérébral
• Défaillance multi-organe
Debray et al. (2011). Journal of Medical Genetics, 48(3), 183–189.
Du gène aux patients:
Stratégie de recherche adoptée par
le Consortium d’acidose lactique
Objectif ultime:
• Prédire la survenue des crises
• Trouver un traitement raisonnable
Samples &
Cells
Objective 2 - LSFC Model: From gene to function
A) Unravel molecular function (E. Shoubridge, MNI)
B) Impact on mitochondrial function and cell signaling
(Y. Burelle, UM; L. Coderre UM)
Biomarkers
& Therapies
Objective 3 - Biomarker and therapy screening
A) Cell-based approaches (C. Des Rosiers, Y Burelle, MHI & UM)
B) Metabolomics (C. Des Rosiers, JD Rioux, MHI)
Knowledge Transfer
Research Program
Objective 1 - LSFC Model: From patients to laboratory
A) Expand the biobank (C. Laprise, UQAC)
B) Create cell and animal model (J.D. Rioux, MHI)
CORAMH
Clinical Advisor:
L. Vachon
Patients
Coordinator:
N. Tremblay
Lactic Acidosis Association
P. Lavoie President
Team Leader:
C. Des Rosiers
Executive committee:
C. Laprise, J.D. Rioux
Clinics:
Dr. Morin & coll.
Structural
Organization
CIHR EMERGING TEAM GRANT IN LSFC (2009-2014)
Résultats récents
Molecular role of LRPPRC
A354V mutation → normal Lrpprc mRNA level
 LRPPRC protein content in all tissues (~10% residual)
 SLIRP (stem-loop interacting binding protein) protein content
 mitochondrial mRNA’s; = or  rRNA
Tissue/cell-specific translation defect
Severely affected:
COX ↓80%
Moderately affected:
COX ↓ 50% or less
Low compensators?
High compensators?
Sasarman et al. (2010) Molecular Biology of the Cell, 21(8), 1315–1323; (2014). Unpublished results.
Impact of LRPPRC mutation on mitochondrial functions
Functional outputs
•
•
•
•
•
OXPHOS
ROS and Redox homeostasis
Ca2+ dynamics
Regulation of Cell death
…
Baseline cellular homeostasis
Factors promoting
cell death and/or associated to crises
Pharmacological
interventions
•
•
•
•
•
Nutrients overload
Cytokines
Catecholamines
Oxidants
Acidosis
Impact of LRPPRC mutation on mitochondrial functions
Enhanced fission of the mitochondrial network
Normal ATP
levels but…
Reduced membrane-potential
Burelle, Bemeur, Rivard, Morin, Coderre, Des Rosiers & LAC, unpublished results
Impact of LRPPRC mutation on mitochondrial functions
No signs of enhanced
ROS release
Impaired OXPHOS capacity
Susceptibility to Ca2+-induced permeability transition
Burelle et al. unpublished results
LRPPRC mutation: Susceptibility to stress-induced cell death
Enhanced nutrient-induced cell death in LSFC fibroblasts
LRPPRC mutation: Susceptibility to stress-induced cell death
Palmitate 1mM
DY
Cell
X
CI CII CIII CIV
FADH2/NADH
Lactate
10mM
Glucose
Lactate
Pyruvate
Acyl-CoA & toxic
lipid byproducts
CV
ROS
Krebs
cycle
ATP
CPT- I / II
Acyl-CoA
Succinyl-CoA
β-oxidation
Acetyl-CoA
Mitochondria
Cell death (necrosis/apoptosis)
LRPPRC mutation: Susceptibility to stress-induced cell death
Common features: Promote fatty acid
and mitochondrial metabolism
•  fatty acid uptake
•  ETC flux
•  anaplerosis and substrate level
ATP synthesis
Common features:
• Antioxidants
Functional impact of LRPPRC mutation
Sommaire
• Les fibroblastes de patients LSFC présentent plusieurs dysfonctions
mitochondriales qui ne compromettent pas la bioénergétique et
l’homéostasie cellulaire à l’état basal.
• Les fibroblastes LSFC affichent néanmoins une prédisposition à la
mort cellulaire induite par le palmitate qui est exacerbée en
présence de lactate.
• Les résultats suggèrent la présence de stress réducteur
Perspectives futures
• Transposition aux modèles murins et à d’autres types cellulaires
plus pertinents
• Évaluation d’autres approches thérapeutiques
Biomarker discovery: Metabolomics in LSFC patients
Équipe du Consortium:
J. Thompson-Legault, V. TremblayVaillancourt, J. Tardif, C. Aubut, J.
Landry, G. Boucher, J. Rioux,
C. Morin, C. Laprise, C. Des Rosiers
Collaborateurs: L. Strittmatter &
V. Mootha (Harvard U.); D. Cyr &
P. Waters (U. Sherbrooke)
Objectif
Comparer le profil métabolique des patients LSFC et sujets
témoins par une approche métabolomique en vue d’identifier
des nouveaux biomarqueurs de la maladie.
Metabolomics in LSFC patients
Overview of study design
LSFC
patients (n=9) • Gender
Matched
controls (n=9)
First void urine
Matching criteria:
• Age (children ± 2 yrs; adults ± 5 yrs)
• BMI (children ± 10 percentiles; adults ± 3 kg/m2)
• Physical activity level
Fasting
Smoothie
90 min
Smoothie: 9% of daily energy requirements: 0,55 Cal/mL; 42% kcal
from carbohydrates, 46% from fat, 12% from proteins
Metabolomics in LSFC patients
A) Platform 1 - 199 plasma and urine metabolites by GCMS & MS/MS
23 serum compounds
(Standard clinical
laboratory; fasting only)
3 hormones
24 acylcarnitines
58 organic acids
18 amino acids
15 fatty acids
Urine : 58 organic acids (fasting only)
(UdeS: Univ. Sherbrooke; MHI: Montreal Heart Institute)
B) Platform 2 - 209 fasting plasma metabolites by LCMS/MS
22 organic acids
7 bile acids
19 acylcarnitines
13 aliphatic compounds
13 carbohydrates & conjugates
59 amino acids, peptides
& analogues
38 aromatic compounds
8 others
30 nucleosides, nucleotides &
analogues
(Coll. : V. Mootha, Harvard Univ.)
N.B. 47 metabolites were measured on both platforms
Metabolomics in LSFC patients
Overview of statistical approaches
Metabolites measured (fasting condition only):
199 (platform 1) + 209 (platform II) = 408 metabolites
(37 had values on both platforms)
Quality control filter
Principal
component
analysis (PCA)
293
considere
d
Permutation test
To determine α threshold and
false dicovery rate (FDR 10%)
(Coll. : G. Boucher & JD Rioux, MHI)
Metabolomics in LSFC patients
Principal component analysis
LSFC patients display a distinct metabolic signature
Platform 1
Controls
Platform 2
LSFC
LSFC (CHet)
Metabolomics in LSFC patients
Quantitative GCMS analysis of metabolites reflecting NADH/NAD+
Cytosolic
Lactate
Ratio
Pyruvate
*
*
*
3-HB
Ratio
AcAc
*
*
Mitochondrial
Controls
Patients
Controls
Patients
Controls
*p<0.05; paired t-test and permutations
Patients
Metabolomics in LSFC patients
Sommaire et perspectives
• Les patients LSFC présentent une signature métabolique unique.
• Les altérations métaboliques identifiées reflètent des
perturbations de l’état rédox ( NADH), de l’oxydation des
acides gras et du cycle de Krebs.
• Analyses additionnelles prévues: échantillons post-smoothie;
analyses non-ciblé – lipidomique et composés hydrosolubles.
• Utilité de cette signature: Suivi de la progression de la maladie et
de l’impact de traitements potentiels.
• La signature métabolique des patients LSFC est-elle spécifique ?
Peut-on l’extrapoler aux autres maladies mitochondriales ?
Perspectives futures
Leçons et perspectives futures
• Extension à court terme: Études en cours
- Modèles de souris: Caractérisation du phénotype
(Y. Burelle, E. Shoubridge & J. Rioux)
- Modèles cellulaires: Flux métaboliques et voies de signalisation
de survie (C. Des Rosiers , C. Bemeur & L. Coderre)
- Métabolomique: Analyses additionnelles, non ciblées sur l’urine
et le plasma avant et après smoothie (C. Des Rosiers)
• Recherche de financement
• Expansion du modèle d’étude au-delà du LSFC
- Recherche de collaborateurs et partenaires
Remerciements
Membres du Consortium d’acidose lactique
Consortium
• Photo du consortium
Membres actifs: B Allen, C Beauchamp, C Bemeur, Y Burelle,
G Charron, L Coderre, A Cuillerier, S Deschênes, C Des Rosiers,
S. Hoarmand, C Laprise, P Lavoie, C Morin, Y Mukaneza,, M-E
Rivard, JD Rioux, F Sasarman, EA Shoubridge, J Tardif, N.
Tremblay, J Thompson Legault & V Tremblay-Vaillancourt
Collaborateurs: F. Labarthe, B. Maranda, L. Vachon, V.
Mootha, L. Villeneuve.
Pierre Lavoie, Président,
Association de l’Acidose
lactique