Projet ANR-14-CE13-0011 – EPI'K : Encéphalopathies épileptiques précoces liées aux mutations de KCNQ2 : de la physiologie cellulaire aux approches thérapeutiques.
Programme : Une nouvelle représentation du vivant (DS0401)
Année de financement : 2014
Coordinateur du projet : Monsieur Laurent VILLARD (Génétique Médicale et Génomique Fonctionnelle)
Partenaires : Laboratoire public; Laboratoire public; Laboratoire public
Montant : 364928.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 48 mois
Résumé : Comprendre et traiter les épilepsies néonatales causées par des mutations du gène KCNQ2.Les encéphalopathies épileptiques précoces sont des maladies graves, incurables, et survenant de façon sporadique (ce qui empêche tout diagnostic prénatal). Des mécanismes pathologiques multiples sont possibles et il est nécessaire de bien les comprendre pour pouvoir développer des traitements pour les patients.
Les épilepsies néonatales peuvent nuire sévèrement au développement cognitif.Les encéphalopathies épileptiques précoces sont un groupe de maladies rares et sévère du développement cérébral s'accompagnant de crises d'épilepsie récurrentes et incurables. La cause génétique la plus fréquente est la présence d'une mutation dans le gène KCNQ2. Ce gène code pour une sous-unité de canal potassique. Le projet combine des expertises en électrophysiologie, génétique, biologie cellulaire et étude du comportement. Il a pour objectif de comprendre la conséquences des mutations pour les neurones et les réseaux neuronaux, de modéliser ces anomalies dans des modèles cellulaires et animaux et d'utiliser ces modèles pour développer de nouveaux traitements.
Etude de l'excitabilité neuronale dans le contexte normal et pathologique.Le projet est conduit dans différents types de cellules. Nous cultivons des cellules non excitable que nous forçons à exprimer des canaux anormaux ou normaux afin d'étudier leur comportement. Dans un second temps, nous développons des cellules pluripotentes induites à partir de prélèvements de derme de patients, afin de transformer ces cellules en neurones et de disposer ainsi que neurones humains malades, que l'on peut étudier. Le dernier niveau d'étude est celui d'un modèle animal (la souris) chez laquelle nous avons reproduit la pathologie grâce à des manipulations génétiques ciblées. Ces différents modèles sont étudiés au niveau moléculaire, cellulaire et comportemental.
Résumé de la soumission : Le développement du cerveau est un processus complexe qui dépend de facteurs génétiques et de l'activité électrique qui apparaît chez l'Homme au troisième trimestre de la gestation et joue un rôle important dans la construction des cartes corticales. De nombreuses études ont montré que des changements dans les patrons d'activité cérébrale pourraient conduire à un dysfonctionnement neurologique. Près de 50% des enfants ayant une déficience intellectuelle ont une épilepsie, et l'une des questions fondamentales est de déterminer le rôle des crises d'épilepsie dans la survenue de cette déficience.Notre consortium est particulièrement intéressé par les encéphalopathies épileptiques précoces (EEP), un groupe de syndromes épileptiques rares et dévastateurs de la petite enfance qui imposent un énorme fardeau socio-économique aux familles concernées et à la société. Les EEP sont caractérisées par une activité épileptique composée de crises et/ou d'une activité paroxystique intercritique accompagnée d'une détérioration rapide du fonctionnement du cerveau avec une perturbation progressive des fonctions cognitives, sensorielles et motrices. Les EEP sont très variables, à la fois en termes de manifestations électro-clinique, de bases physiopathologiques et d'étiologies.Nous avons créé une cohorte de 208 patients EEP (au 01/05/2014) pour lesquels toutes les informations médicales disponibles sont recueillies. Les patients qui présentent une malformation cérébrale ou une maladie métabolique, qui sont une cause connue d'EEP, sont exclus de la cohorte. Il y a une forte base génétique pour les EEP et notre cohorte est donc explorée génétiquement. Nous avons démontré, ainsi que d'autres, que le gène KCNQ2, codant une sous-unité de canal potassique potentiel-dépendant, est un gène majeur impliqué dans les EEP. Dans notre cohorte, à ce jour, des mutations de novo de KCNQ2 ont été retrouvées chez 18 patients. Cette découverte est inattendue car les mutations du gène KCNQ2 sont traditionnellement décrites chez des patients avec une forme bénigne d'épilepsie de l'enfant appelée convulsions néonatales familiales bénignes (BFNS). Chez les patients BFNS, les crises commencent également à la naissance et s'arrêtent avant la fin du 3ème mois, mais à la différence des formes graves d'épilepsies liées au gène KCNQ2, l'activité intercritique est normale, de même que le développement cognitif chez la plupart des enfants. Le fait que des mutations dans ce même gène puissent donner lieu soit à des convulsions bénignes, soit à des tableaux épileptiques dramatiques suivis de déficience intellectuelle démontre l'importance de KCNQ2 pour le développement du cerveau et suggère que le courant généré par cette protéine pourrait être affecté différemment dans les deux maladies.Nous proposons de profiter du grand nombre de mutations que nous avons identifié dans le gène KCNQ2, combiné aux informations cliniques exhaustives disponibles dans notre cohorte, pour élucider les mécanismes par lesquels les mutations de KCNQ2 provoquent une encéphalopathie épileptique afin de jeter les bases nécessaires à l'amélioration de la prise en charge des patients EEP. Nous utiliserons une combinaison d'approches pour répondre aux questions suivantes : 1 - est-ce que la gravité des crises et leurs conséquences sur le développement du cerveau est liée au degré d'inhibition du courant potassique et de dérégulation de l'excitabilité neuronale qui en résulte ? 2 - est-il possible de restaurer un courant fonctionnel chez les patients EEP ?Les résultats obtenus devraient permettre d'améliorer les connaissances sur la régulation des canaux KCNQ, leur fonction au cours du développement du cerveau et pour la plasticité synaptique. Nous espérons que ce projet se traduira in fine par un essai clinique pour les patients EEP porteurs d'une mutation dans le gène KCNQ2, un objectif translationnel déjà atteint pour une autre maladie neurologique par l'un des partenaires de ce projet.
Résultats : Nous avons décrit deux nouveaux mécanismes à l'origine de ces épilepsies sévères. Le premier concerne une mauvaise localisation des canaux potassique dans les neurones, le second une augmentation du courant suite à la présence de la mutation (alors que l'on pensait qu'il n'existait que des diminutions du courant).
Nous avons produit un modèle animal nouveau pour la forme la plus sévère d'encéphalopathie épileptique précoce. Il s'agit d'une souris chez laquelle le gène KCNQ2 a été modifié pour correspondre à la mutation la plus sévère connue chez les patients (le gène KCNQ2 est très conservé entre la souris et l'Homme). Ce modèle sera étudié à partir de l'été 2016.
Nous avons également construit des modèles cellulaires qui vont nous permettre de tester différentes approches thérapeutiques (cellules iPS et lignées stables).
Perspectives : Les résultats que nous obtiendrons en étudiant les neurones humains dérivés de cellules pluripotentes induites et en étudiant les souris modèle devraient nous permettre de comprendre, pour la première fois, ce qui se passe dans les neurones humains et murins porteurs d'une mutation dans le gène KCNQ2. Les résultats qui seront obtenus orienteront la recherche de nouvelles thérapeutiques.
Publications et brevets : Deux articles ont été publiés par notre consortium suite à ce projet. Le premier décrit un nouveau mécanisme pour les épilepsies provoquées les mutations du gène KCNQ2. Nous avons été les premiers à montrer que certaines mutations délocalisent le canal potassique à l'intérieur des neurones. Il ne peut alors plus remplir son rôle normal et provoque des anomalies électriques (Abidi et al. Neurobiology of Disease, 2015, 80:80-92). Le second article publié par notre consortium décrit les caractéristiques d'une mutation dans le gène KCNQ2 qui augmente le courant au lieu de le diminuer, ce qui a des conséquences directes pour envisager les approches thérapeutiques potentielles (Devaux et al. Epilepsia, 2016, sous presse).