Ecole Doctorale Santé, Sciences Biologiques et Chimie du Vivant

Ecole Doctorale Santé, Sciences Biologiques et Chimie du Vivant (SSBCV)
Directeurs : Philippe Roingeard & Luigi Agrofoglio
1. Titre de la thèse : Etude métabonomique de la pathologie autistique
2. Informations administratives :
Nom du directeur de thèse : Patrick Emond
Unité : INSERM U30 « Imagerie et Cerveau »
Equipe : 2 Neurogénétique et Neurométabolomique
Email de l’encadrant : [email protected]
3. Résumé :
L’autisme est un trouble du développement du système nerveux central dont la prévalence élevée (1
individu sur 166 – 0,6%) et la sévérité du handicap associé constituent un problème majeur de santé
publique. Les caractéristiques phénotypiques de l’autisme (altération des interactions sociales, de la
communication, comportement restreint et stéréotypé) apparaissent avant l’âge de 3 ans. Le diagnostic
de l’autisme est fondé sur des caractéristiques comportementales et il n’existe à ce jour aucun
marqueur biologique validé permettant de contribuer à ce diagnostic.
Les causes de l’autisme sont inconnues dans la majorité des cas, mais elles apparaissent hétérogènes,
impliquant des facteurs environnementaux (telle l’exposition in utero à des xénobiotiques ou à des
infections) ou génétiques (anomalies chromosomiques, micro-remaniements génomiques, mutations
génétiques). Des maladies métaboliques ont aussi été parfois associées à l’autisme telles que la
dérégulation de la voie de synthèse des purines (déficit en adénylosuccinate lyase), le déficit en
créatine (déficits des enzymes de la synthèse de la créatine ou du transporteur de la créatine), le
syndrome de Smith Lemli Opitz (déficit enzymatique dans la voie de synthèse du cholestérol).
Puisque des anomalies génétiques ont une répercussion directe ou indirecte sur la synthèse protéique,
nous formulons l’hypothèse que l’altération de la fonction d’une protéine peut perturber les réseaux
d’interaction protéique. Cette perturbation d’interactions pourra avoir des répercussions au niveau des
cascades de signalisation et du métabolisme cellulaire. Pour investiguer cette hypothèse, nous
proposons l’exploration du métabolome selon les approches « bottom-up » et « top-down » afin : 1)
d’identifier de potentielles voies métaboliques perturbées et associées à l’autisme (prélèvements
d’origine humaine); 2) de relier un phénotype métabolique cérébral à une altération génétique (modèle
de souris). La métabonomique est une démarche qui regroupe les modalités analytiques de traitement
de données pour la description des métabolites présents dans un échantillon biologique, sous
différentes conditions physiologiques ou pathologiques. Ainsi, la métabonomique permet de
renseigner les réponses phénotypiques d’un organisme (cellule, organe ...) à des variations génétiques
et/ou environnementales.
Notre équipe de recherche est impliquée dans ces deux approches grâce à un accès au recrutement des
patients, à la mise en évidence de gènes candidats impliqués dans l’autisme; mais aussi dans la mise en
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Site Tours, 3 rue des Tanneurs, 37041 Tours Cedex
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oeuvre de modalités analytiques nécessaires à l’analyse métabonomique. Ces techniques analytiques
sont: la Résonance Magnétique Nucléaire (RMN du proton et du carbone-13), la chromatographie
gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (GC-MS), la spectrométrie de masse à haute résolution
couplée à l’UHPLC.
L’approche « bottom-up » part de l’hypothèse que l’analyse d’un fluide biologique permet
l’identification des marqueurs du dysfonctionnement cellulaire en «remontant» les voies métaboliques
impliquant ces marqueurs. Pour cette partie, des prélèvements urinaires, salivaires et sanguins de
sujets autistes et témoins (appariés en âge et sexe) seront analysés afin d’en établir le profil
métabolique. La multimodalité analytique permettra une approche la plus globale possible du profil
métabolique nécessaire à l’identification de biomarqueurs potentiels. Les résultats préliminaires pour
cette approche sont issus d’un master 2 qui montrent, sur un nombre d’échantillons restreint, la
possibilité de discriminer les sujets autistes des sujets sains grâce à l’analyse urinaire par RMN 1H et
GC-MS. Ainsi, nos objectifs sont : de confirmer ces résultats en étudiant une population plus grande et
différente de l’étude préliminaire, d’améliorer le criblage métabolique et d’identifier / caractériser les
biomarqueurs potentiels en ajoutant la technique UHPLC-MS à haute résolution. Ainsi cette analyse «
bottom-up » associée à une analyse statistique multivariée permettra de proposer un modèle statistique
prédictif potentiellement utilisable en clinique en complément des tests cliniques déjà existants.
L’approche « top-down » vise à évaluer l’impact d’une modification génétique sur le profil
métabolique cérébral. Pour cette approche, notre laboratoire a identifié un certain nombre de gènes
impliqués dans l’autisme et/ou le retard mental. Prenant part au programme européen GENCODYS
(Genetic and Epigenetic Networks in Cognitive Dysfunction), notre équipe a un accès à des modèles
de souris transgéniques de gènes candidats impliqués dans l’autisme et/ou la déficience mentale. Des
mutations du gène Ptchd1 porté par le chromosome X ont été décrites dans plusieurs familles avec
autisme et/ou déficience mentale (Noor et a, 2010). Des premières études ont montré que ce gène code
une protéine transmembranaire dont l’expression et la localisation permet de suggérer une implication
au cours du développement et du fonctionnement neuronal (Laumonnier et al, en préparation). Les
objectifs pour cette approche sont la caractérisation du métabolome cérébral de ces souris au niveau
des régions exprimant significativement le gène Ptchd1 (cervelet, cortex, hippocampe) et en fonction
de sa gamme d’expression neurodéveloppementale. La mise au point de ce protocole suivra en
particulier la méthodologie mise en oeuvre par Davidovic et al (2011) lors de l’analyse métabolomique
du modèle souris du syndrome de l’X fragile (gène Fmr1). Nous validerons d’ailleurs notre protocole à
partir de cerveaux de souris invalidées pour Fmr1, en tentant de répliquer les résultats obtenus dans
leurs travaux tout en ajoutant les modalités analytiques dont nous disposons.
L’ensemble de ces études devrait contribuer à identifier des cibles thérapeutiques via la caractérisation
de voies métaboliques altérées dans l’autisme mais également de mieux appréhender les mécanismes
physio-pathologiques impliqués dans cette maladie.
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