Caractérisation des mutations monoalléliques du gène ATOH1 entraînant des malformations distinctives du tronc cérébral et une surdité

Les troubles congénitaux du cervelet et du tronc cérébral sont cliniquement et génétiquement hétérogènes. Malgré les progrès significatifs des technologies de séquençage de génome, environ la moitié des patients atteints restent sans diagnostic génétique. Même lorsque de nouveaux variants candidats sont identifiés, valider leur implication directe et élucider les mécanismes pathologiques sous-jacents demeure un défi majeur. Dans notre cohorte, nous avons identifié des variants non rapportés jusqu'alors dans le gène ATOH1, chez des patients présentant une malformation caractéristique du tronc cérébral, une atrophie cérébelleuse modérée, ainsi qu'une surdité. ATOH1 code pour un facteur de transcription de type bHLH, identifié dans des études chez les modèles animaux comme un acteur clé du développement du cerveau postérieur. Chez les vertébrés, ce facteur présente une expression conservée dans la lèvre rhombique (LR), une zone germinative transitoire générant les neurones excitateurs du cervelet, ainsi que plusieurs noyaux du tronc cérébral impliqués dans diverses fonctions telles que la proprioception, le traitement des informations des systèmes vestibulaire et auditif, ou le contrôle du rythme respiratoire. Il est indispensable pour coordonner la neurogenèse au niveau de la LR, régulant notamment la sortie du cycle cellulaire, la différenciation et la migration neuronale. Il joue de plus un rôle essentiel dans la formation des mécanorécepteurs de l'oreille interne, contrôlant leur différenciation, leur survie et leur maturation, tant au niveau cochléaire que vestibulaire. Bien que ces fonctions soient bien documentées chez les modèles vertébrés, peu de variants pathogènes d'ATOH1 avaient été rapportés. Nous avons identifié sept patients issus de cinq familles différentes, porteurs de variants monoalléliques d'ATOH1, et présentant un profil clinique similaire. Tous les variants identifiés conduisent à une troncation du domaine C-terminal, une région riche en sérines et nécessaire au turn-over rapide de la protéine ATOH1. Par des essais fonctionnels in vitro dans des cellules HEK, j'ai montré que ces variants protéiques se localisent correctement au noyau et conservent une activité transcriptionnelle. Cependant leur stabilité est significativement accrue. En parallèle, pour évaluer les effets in vivo, nous avons modélisé ces troncatures chez le poisson-zèbre en utilisant une approche CRISPRant ciblant l'orthologue atoh1a. Au niveau du cerveau postérieur, les embryons ainsi modifiés présentent une prolifération accrue des progéniteurs de la LR, ainsi qu'une induction précoce de lhx2b, un marqueur de neurones différenciés, indiquant un dérèglement du timing de neurogenèse. Ces phénotypes contrastent avec les embryons ayant une perte de fonction de atoh1a, chez qui on observe à l'inverse une prolifération réduite et un blocage de la différenciation. Par ailleurs, ces embryons montrent une augmentation marquée du nombre de mécanorécepteurs dans la ligne latérale, à l'inverse des embryons avec une perte de fonction, chez qui ces cellules sont complètement absentes. Par contre, aucune anomalie précoce n'est observée dans l'oreille interne, suggérant une sensibilité variable des mécanorécepteurs à l'augmentation des niveaux d'atoh1a. Nos résultats démontrent que les troncations du domaine C-terminal d'ATOH1 impactent la différenciation des mécanorécepteurs et le développement du cerveau postérieur, rendant compte ainsi des phénotypes observés chez les patients. Ces altérations sont l'inverse des phénotypes de perte de fonction, suggérant un effet gain de fonction, lié à une augmentation de la demi-vie de la protéine. Mon travail de thèse a ainsi permis de valider la pathogénicité de ces nouveaux variants, à l'origine d'un trouble neurodéveloppemental caractéristique, et de proposer un mécanisme pathologique original impliquant la modification du turn-over protéique et en conséquence du timing de neurogenèse.