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    Physiopathologie des déficits génétiques des oxydations phosphorylantes

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    Responsable : Anne Lombès

    Contact : – Phone : +33 1 53 73 27 51

    En haut et à gauche : révélation histochimique couplée cytochrome c oxydase (COX) puis succinate déshydrogénase d’un muscle de patient montrant des fibres musculaires déficitaires en COX apparaissant en bleu et des fibres normales apparaissant en brun; à droite étude de la morphologie mitochondriale de fibroblastes cutanés porteurs d’une mutation délétère du gène OPA1 par immunohistochimie en utilisant un anticorps dirigé contre la sous unité 2 de la COX codée par l’ADN mitochondrial produit dans l’équipe.

    En bas: analyse des différents paramètres de la respiration d’un homogénat du striatum d’une seule souris obtenue grâce à un oxygraphe Oroboros permettant des mesures à haute résolution.

     

    Objectifs

     

    Les maladies mitochondriales sont définies comme les affections dues à un déficit des oxydations phosphorylantes (OXPHOS). Elles sont essentiellement génétiques et ont une prévalence estimée à 1/5000 individus. Leur présentation clinique est extrêmement diverse comme attendu de la multiplicité de leurs causes liées à des altérations de gènes aussi bien nucléaires que portés par l’ADN mitochondrial. Notre objectif essentiel est l’analyse des mécanismes moléculaires et cellulaires des maladies mitochondriales nous permettant de comprendre la diversité de leurs signes et de chercher des solutions thérapeutiques.

    Le groupe

    Les membres actuels du groupe sont : Karine Auré, MCU-PH AP-HP chercheuse, Claude Jardel, PH AP-HP chercheuse, Caroline L’hermitte-Stead, technicienne, et Nathalie Le Foll, assistant spécialiste et étudiante en thèse (en co-tutelle avec le Prof JP Wolf).

     

    Thèmes de recherche

     

    Nous avons une activité importante en recherche clinique où nous nous intéressons essentiellement aux relations génotype/phénotype. Dans ce cadre nous avons récemment établi que les mutations délétères des gènes nucléaires POLG ou TK2, responsables d’une altération de la maintenance de l’ADN mitochondrial, induisaient des signes/symptômes reproductibles dans leur type permettant la mise en place d’une démarche diagnostique (Tchikviladze 2015). La sévérité clinique pour des mutations identiques peut cependant varier de façon extrême puisque les symptômes peuvent apparaitre à un âge précoce entraînant rapidement le décès du patient ou survenir bien plus tard et s’aggraver lentement (Neeve 2012, Behin 2012). Cette observation conduit à rechercher des facteurs modificateurs dans le cadre d’une collaboration internationale.

    L’analyse des mécanismes moléculaires des maladies mitochondriales est développée en parallèle, le plus souvent dans des cellules primaires dérivées de patients. Dans ce cadre nous avons récemment analysé les conséquences mitochondriales des mutations d’OPA1 associées à l’Atrophie optique dominante de Kjer (Agier 2012) et identifié un nouveau gène responsable d’acidose lactique néonatale avec déficit en cytochrome c oxydase (Weraarpachai 2012).

    Le projet actuellement développé concerne des mutations des gènes porté par l’ADN mitochondrial codant pour des sous-unités de l’ATP synthase (complexe V des OXPHOS). Ces mutations induisent dans certaines familles un phénotype original associant des accès de paralysie et une dégénérescence lente des motoneurones (Auré et al Neurology 2013). La mise en évidence d’une dépolarisation permanente de la membrane plasmique des fibroblastes cutanés en culture provenant des patients a apporté une explication pour les accès de paralysie. Elle a montré aussi des conséquences cellulaires dont les mécanismes moléculaires restent mystérieux. Les conséquences bioénergétiques quant à elles semblent essentiellement circonscrites au métabolisme des espèces réactives de l’oxygène. Nous développons actuellement différent modèles cellulaires pour étudier les conséquences de ces mutations : fibroblastes, cellules cybrides et cellules précurseurs neuronaux dérivées des cellules pluripotentes (iPS) obtenues à partir des fibroblastes des patients.

     

    A gauche: mise en évidence de l’augmentation de la production d’ion superoxyde dans les fibroblastes des patients ; à droite : mise en évidence par patch-clamp de la dépolarisation de la membrane plasmique des fibroblastes des patients.

     

    Principales publications

    (les membres de l’équipe sont indiqués en caractères gras)

    18-1 Le Guillou D, Bucher S, Begriche K, Hoët D, Lombès A,Labbe G, Fromenty B. Drug-induced alterations of mitochondrial DNA homeostasis in steatotic and non-steatotic HepaRG cells. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics 2018 365(3):711-726

    18-2 Repp BM, Mastantuono E, Alston CL, Schiff M, Haack T, Rötig A, Ardissone A, Lombès A, Catarino C, Diodato D, Schottmann G, Poulton J, Burlina A, Jonckheere A, Munnich A, Rolinski B, Ghezzi D, Rokicki D, Wellesley D, Martinelli D, Wenhong D, Lamantea E, Ostergaard E, Pronicka E, Pierre G, Smeets HJM, Wittig I, Scurr I, de Coo IFM, Moroni I, Smet J, Mayr JA, Dai L, de Meirleir L, Schuelke M, Zeviani M, Morscher RJ, McFarland R, Seneca S, Klopstock T, Meitinger T, Wieland T, Strom T, Herberg U, Ahting U, Sperl W, Nassogne MC, Ling H, Fang F, Freisinger P, Van Coster R, Strecker V, Taylor RW, Häberle J, Vockley J, Prokisch H, Wortmann SB. Clinical, biochemical and genetic spectrum of 70 patients with ACAD9 deficiency: is riboflavin supplementation effective? Orphanet Journal of Rare Diseases 2018 13(1):120

    18-3 Iommarini L, Ghell A, Tropeano CV, Kurelac I, Leone G, Vidoni S, Lombès A, Zeviani M, Gasparre G and Porcelli AM.  Int J Mol Sci 2018 19(3) pii: E76419(3)

    18-2 Arena G, Pyrdziak S,Riscal R, Angebault-Prouteau C,Chatre L,Cissé MY, Gayte L, Chabi B, Fuentes M, Bertrand-Gaday C, Vincent C, Bernex F, Casas F, Marine JC, LombèsA, Dubouchaud H, Ricchetti M, Linares LK, Le Cam L. Mitochondrial MDM2 regulates complex I activity independently of p53. Mol Cell 2018 69(4):594-60 

    18-1 TouatM, Sourisseau T, Dorvault N, Merial Chabanon R, Garrido M, Morel D, Krastev DB, Bigot L, Adam J, Frankum J, Durand S, Pontoizeau C, Souquère S, Kuo MS, Sauvaigo S, Mardakheh F, Sarasin A, Olaussen KA, Friboulet L, Bouillaud F, Pierron G, Ashworth A, Lombès A, Lord CJ, Soria JC, Postel-Vinay S. DNA repair deficiency sensitizes lung cancer cells to NAD+ biosynthesis blockade. JCI 2018 128(4):1671-1687

    17-08 Hescot S, Amazit L, Lhomme M, Travers S, DuBow A, Battini S, Namer IJ, Lombès A, Kontush A, Imperiale A, Baudin E, Lombès M. Mitochondria-associated Membranes are the Intracellular Target of Mitotane: Metabolomic and Lipidomic Approaches. Oncotarget 2017 8(66):109924-109940

    17-07 Kremer LS, Bader DM, Mertes C, Kopajtich R,  Pichler G, Iuso A, Haack TB, Graf E, Schwarzmayr T, Terrile C, Koňaříková E, Repp B, Kastenmüller G, Adamski J, Lichtner P, Leonhardt C, Funalot B, Donati A, Tiranti V, Lombès A, Jardel C, Gläser D, Taylor RW, Ghezzi D, Mayr JA, Rötig A, Freisinger P, Distelmaier F, Strom TM, Meitinger T, Gagneur J, Prokisch H, Genetic diagnosis of Mendelian disorders via RNA sequencing. Nature Comm 2017 8:1582

    17-06 Desai R, Frazier AE, Durigon R, Patel H, Jones AW, Dalla Rosa I, Lake NJ, Compton AG, Mountford HS, Tucker EJ, Mitchell ALR, Jackson D, Sesay A, Di Re M, van den Heuvel LP, Burke D, Francis D, Lunke S, McGillivray G, Mandelstam S, Mochel F, Keren B, Jardel C, Turner AM, Andrews I, Smeitink J, Spelbrink JN, Heales SJ, Kohda M, Ohtake A, Murayama K, Okazaki Y, Lombès A, Holt IJ, Thorburn DR, Spinazzola A. ATAD3 gene cluster deletions cause cerebellar dysfunction associated with altered mitochondrial DNA and cholesterol metabolism. Brain 2017 140(6):1595-1610

    17-05 Karaa A, Rahman S, Lombès A, Yu-Wai-Man P, Sheikh MK, Alai-Hansen S, Cohen BH, Dimmock D, Emrick L, Falk MJ, McCormack S, Mirsky D, Moore T, Parikh S, Shoffner J, Taivassalo T, Tarnopolsky M, Tein I, Odenkirchen JC, Goldstein A, on behalf of the Mito Working Group Member Participants. J Inher Metab Dis 2017 40(3):403-414

    17-04 Haidar M, Lombès A, Bouillaud F, Kennedy EJ, Langsley G. HK2 recruitment to phospho-BAD prevents its degradation promoting Warburg glycolysis by Theileria-transformed leukocytes. ACS Infect Dis. 2017 3(3):216-224

    17-03 Gueguen A, Jardel C, Polivka M, Tan SV, Gray F, Vignal C, Lombès A, Gout O, Bostock H (2017). Nerve excitability changes related to muscle weakness in chronic progressive external ophthalmoplegia. Clin Neurophysiol. 2017 128(7):1258-1263

    17-02 Fayssoil A, Laforêt P, Bougouin W, Jardel C, Lombès A, Bécane HM, Berber N, Stojkovic T, Béhin A, Eymard B, Duboc D, Wahbi K. Prediction of long-term prognosis by heteroplasmy levels of the m.3243A>G mutation in patients with the mitochondrial encephalomyopathy, lactic acidosis and stroke-like episodes syndrome. Eur J Neurol. 2017 24(2):255-261

    17-01 LorenzC*, Lesimple P*, Bukowiecki R, Zink A, Inak G, Mlody B, Singh M, Semtner M, Mah N, Auré K, Leong M, Zabiegalov O, Lyras EM, Pfiffer V, Fauler B, Eichhorst J, Wiesner B, Huebner N, Priller J, Mielke T, Meierhofer D, Izsvák Z, Meier JC, Bouillaud F, Adjaye J, Schuelke M, Wanker EE, Lombès A§, Prigione A§. Human iPSC-derived progenitors are an effective drug discovery model for neurological mitochondrial DNA disorders. Cell Stem Cell 2017 20(5):659-674

    16-02 Guarani V*, Jardel C*, Chrétien D, Lombès A, Labasse C, Lacène E, Bourillon A, Imbard A, Benoist J.F., GoetzmanE.S., Slama A, Elmaleh-Bergès M, Romero NB, Rustin P, Ogier de Baulny H, Harper W, Schiff M.QIL1 mutation cause early onset fatal mitochondrial encephalopathy with recurrent liver failure and MICOS disassembly. eLife 2016 e17163

    16-1 Kremer LS, L’hermitte- Stead C, Lesimple P, Gilleron M, Filaut S, Jardel C, Haack TB, Strom TM, Meitinger T, Azzouz H, Tebib N, Ogier de Baulny H, Touati G, Prokisch H, Lombès A. Severe respiratory complex III defect prevents liver adaptation to prolonged fasting. J Hepatol 2016 65(2):377-85 (see slides presentation)

    14-2 Tchikviladzé M, Gilleron M, Maisonobe T, Galanaud D, Laforêt P, Durr A, Eymard B, Mochel F, Ogier H, Béhin A, Stojkovic T, Degos B, Gourfinkel-An I, Sedel F, Anheim M, Elbaz A, Viala K, Vidailhet M, Brice A, Jardel C, Lombès A. A diagnostic flow chart for POLG-related diseases based on signs sensitivity and specificity. J Neurol Neurosurg Psy 2014 86(6):646-54

    14-1Damiano M,Gautier CA, Bulteau AL, Ferrando-Miguel R, Gouarne C, Giraudon Paoli M, Pruss R, Auchère F, L’Hermitte-Stead C, Bouillaud F, Brice A, Corti O, Lombès A. Tissue- and cell-specific mitochondrial defect in Parkin-deficient mice. PLos One 2014;9(6):e99898

    13-3 Auré K, Dubourg O, Jardel C, Clarysse L, Sternberg D, Fournier E, Laforêt P, Streichenberger N, Petiot P, Gervais-Bernard H, Vial C, Bedat-Millet AL, Drouin-Garraud V, Bouillaud F, Vandier C, Fontaine B, Lombès A. Episodic weakness due to mitochondrial DNA MT-ATP6/8 mutations. Neurology 2013 81(21):1810-8.

    13-2 Gaignard P, Menezes M, Schiff M Bayot A, Rak M, Ogier de Baulny H, Su CH, Gilleron M, Lombès A, Abida H, Tzagoloff A, Riley L, Cooper ST, Mina K, Davis MR, Allcock RJN, Kresoje N, Laing NG, Thorburn DR, Slama A, Christodoulou J, Rustin P. Mutations in the cytochrome c1 subunit of respiratory 1 chain complex III cause insulin-responsive hyperglycemia. Am J Hum Genet 2013 93(2):384-9.

    13-1 Bertolin G, Ferrando-Miguel R, Jacoupy M, Traver S, Grenier K, Greene AW, Dauphin A, Waharte F, Bayot A, Salamero J, Lombès A, Bulteau AL, Fon EA, Brice A, Corti O. The TOM machinery is a molecular switch in PINK1/PARKIN-dependent mitochondrial clearance. Autophagy 2013 9(11):1801-17.

    12-4 Agier V, Oliviero P, Lainé J, L’Hermitte- Stead C, Girard S, Fillaut S, Jardel C, Bouillaud F, Bulteau AL, Lombès A. Defective mitochondrial fusion, altered respiratory function, and distorted cristae structure in skin fibroblasts with heterozygous OPA1 mutations. BBA-Mol Basis Dis 2012 1822(10):1570-1580.

    12-3 Behin A, Jardel C, Claeys KG, Fagart J, Louha M, Romero NB, Laforêt P, Eymard B, Lombès A. Adult cases of mitochondrial DNA depletion due to TK2 defect: an expanding spectrum. Neurology 2012 78(9):644-648.

    12-2 Neeve VCM, Samuels DC, Bindoff LA, van den Bosch B, Van Goethem G, Smeets H, Lombès A, Jardel C, Hirano M, DiMauro S, De Vries M, Smeitink J, Smits B, de Coo IFM, Saft C, Klopstock T,  Keiling BC, Czermin B, Abicht A, Lochmüller H, Hudson G, Gorman GG, Turnbull DM, Taylor RW, Holinski Feder H, Chinnery PF, Horvath R. What is influencing the phenotype of the common homozygous polymerase γ mutation p.Ala467Thr?  Brain 2012 135(12) :3614-3626.

    12-1 Weraarpachai W, Sasarman F, Nishimura T, Antonicka H, Auré, K, Rötig A, Lombès A, Shoubridge EA. Mutations in C12orf62, an assembly factor for cytochrome c oxidase, cause a fatal neonatal lactic acidosis. Am Journal Hum Genet 2012 90:142-151.

     

    Soutiens financiers

     

    Nos programmes de recherche sont soutenus par la FRM (Fondation pour la Recherche Médicale), l’AFM (Association Française contre les Myopathies) et l’AMMi (Association contre les Maladies Mitochondriales)