Projet ANR-12-JSV6-0003 – METABOXFRA : Phénotypes métaboliques dans le Syndrome du X Fragile
Programme : JCJC - SVSE 6 - Génomique, génétique, bioinformatique et biologie systémique (JCJC SVSE 6)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Madame Laetitia Davidovic (Institut de Pharmacologie Moléculaire et Cellulaire)
Partenaires : Institut de Pharmacologie Moléculaire et Cellulaire
Montant : 319000.0 euros
Date de début : 2012
Durée : 48 mois
Résumé : Phénotypes métaboliques dans le Syndrome de l’X FragileCe projet vise à montrer que le Syndrome de l’X Fragile n’est pas limité à une synaptopathie mais que certains de ses phénotypes sont dus à des dysfonctionnements métaboliques au niveau systémique.
Enjeux et objectifsLa déficience intellectuelle (DI) est la cause prédominante de handicap lourd chez l’enfant et constitue un enjeu sociétal et médical majeur. Dans le monde, 20 à 30 millions d’individus sont affectés par une DI modérée ou sévère. Le Syndrome du X Fragile (FXS) est la première cause de DI héréditaire la cause génétique prédominante identifiée d’autisme, affectant 1/4,000 hommes and 1/7,000 femmes. Le FXS est causé par une mutation et l’inactivation subséquente d’un gène porté par le chromosome X, le gène Fragile X Mental Retardation 1 (FMR1) codant pour la protéine FMRP. La plupart des recherches dans le domaine du X Fragile réduisent ce syndrome à une synaptopathie, affectant le développement des synapses et causant le retard mental. Cependant, nous ne savons toujours pas comment la mutation sur le gène FMR1 influence et cible des voies moléculaires au niveau systémique, déclenchant la pleine expression des phénotypes de la maladie. J’ai récemment publié une étude utilisant une approche métabonomique  et de biologie des systèmes pour identifier la signature métabolique et des biomarqueurs du FXS et mieux comprendre la physiopathologie du FXS dans son modèle murin (Davidovic et al. 2011). Cette étude a montré pour la première fois l’existence d’une composante métabolique dans les phénotypes du X Fragile (ou métabotype), qui reste encore virtuellement inexplorée. Concomitamment,  j’ai développé une approche intégrée (integrated metabolome and interactome mapping (iMIM)) qui a permis l’identification des voies métaboliques altérées qui contribuent directement au metabotype observé.  Cette étude forme la base conceptuelle de mon hypothèse de travail qui est que certains phénotypes du FXS sont liés à des dysfonctionnements métaboliques au niveau systémique. Le but de programme de recherche fondamentale MetaboXFra est d’explorer cette hypothèse  métabolique et ses corolaires biologiques.
Méthodes et approchesNous étudierons d’abord une sélection de voies métaboliques identifiées par iMIM, basée sur leur importance potentielle au niveau pathophysiologique et encore inexplorée dans le FXS. Puis nous identifierons de nouvelles voies métaboliques impliquées dans le FXS en intégrant les données du métabolome à des données dérivées de l’analyse à grande échelle du transcriptome et du protéome du cerveau du modèle murin du FXS. Les voies prédites in silico dans la précédente étape seront ensuite validées in vivo. Finalement, nous utiliserons la métabonomique comme outil analytique et prédictif pour identifier des biomarqueurs transversaux du FXS dans les biofluides de son modèle murin et de patients X Fragile.  Ceci mettra aussi en évidence des dysfonctionnements métaboliques systémiques impliqués dans le FXS. Ces biomarqueurs métaboliques seront utilisés chez la souris pour établir un index métabolomique d’efficacité de traitement pour tester des molécules thérapeutiques ciblant spécifiquement des voies validées dans les étapes précédentes du projet.
Résumé de la soumission : La déficience intellectuelle (DI) est la cause prédominante de handicap lourd chez l’enfant et constitue un enjeu sociétal et médical majeur. Dans le monde, 20 à 30 millions d’individus sont affectés par une DI modérée ou sévère. Le Syndrome du X Fragile (FXS) est la première cause de DI héréditaire la cause génétique prédominante identifiée d’autisme, affectant 1/4,000 hommes and 1/7,000 femmes. Le FXS est causé par une mutation et l’inactivation subséquente d’un gène porté par le chromosome X, le gène Fragile X Mental Retardation 1 (FMR1) codant pour la protéine FMRP. La plupart des recherches dans le domaine du X Fragile réduisent ce syndrome à une synaptopathie, affectant le développement des synapses et causant le retard mental. Cependant, nous ne savons toujours pas comment la mutation sur le gène FMR1 influence et cible des voies moléculaires au niveau systémique, déclenchant la pleine expression des phénotypes de la maladie. J’ai récemment publié une étude utilisant une approche métabonomique  et de biologie des systèmes pour identifier la signature métabolique et des biomarqueurs du FXS et mieux comprendre la physiopathologie du FXS dans son modèle murin (Davidovic et al. (2011) A metabolomic and systems biology perspective on the brain of the Fragile X Syndrome mouse model. Genome Research). Cette étude a montré pour la première fois l’existence d’une composante métabolique dans les phénotypes du X Fragile (ou métabotype), qui reste encore virtuellement inexplorée. Concomitamment,  j’ai développé une approche intégrée (integrated metabolome and interactome mapping (iMIM)) qui a permis l’identification des voies métaboliques altérées qui contribuent directement au metabotype observé.  Cette étude forme la base conceptuelle de mon hypothèse de travail qui est que certains phénotypes du FXS sont liés à des dysfonctionnements métaboliques au niveau systémique. Le but de programme de recherche fondamentale MetaboXFra est d’explorer cette hypothèse  métabolique et ses corolaires biologiques. Nous étudierons d’abord une sélection de voies métaboliques identifiées par iMIM, basée sur leur importance potentielle au niveau pathophysiologique et encore inexplorée dans le FXS. Puis nous identifierons de nouvelles voies métaboliques impliquées dans le FXS en intégrant les données du métabolome à des données dérivées de l’analyse à grande échelle du transcriptome et du protéome du cerveau du modèle murin du FXS. Les voies prédites in silico dans la précédente étape seront ensuite validées in vivo. Finalement, nous utiliserons la métabonomique comme outil analytique et prédictif pour identifier des biomarqueurs transversaux du FXS dans les biofluides de son modèle murin et de patients X Fragile.  Ceci mettra aussi en évidence des dysfonctionnements métaboliques systémiques impliqués dans le FXS. Ces biomarqueurs métaboliques seront utilisés chez la souris pour établir un index métabolomique d’efficacité de traitement pour tester des molécules thérapeutiques ciblant spécifiquement des voies validées dans les étapes précédentes du projet. Le travail que je propose est ambitieux, cependant, en constituant une petite équipe regroupant les principales aptitudes intellectuelles et techniques, il apparaît amplement réalisable. Ce projet ANR JCJC MetaboXFra combine des approches moléculaires à la biologie intégrative pour générer de nouvelles hypothèses biologiques pour comprendre le métabotype du FXS. Enfin, ce projet a un fort potentiel de valorisation et permettra l’identification de biomarqueurs et de cibles thérapeutiques pour le FXS.
Résultats : Exploration des voies métaboliques dans le FXS. Pour disséquer les dysfonctions des voies métaboliques dans la souris Fmr1-KO mice, nous avons analyse par RT-PCR quantitative les niveaux d’enzymes et transporteurs impliqués dans les voies métaboliques glutamate/glutamine/GABA et cholinergiques. Nous avons confirmé des dérégulations significatives des enzymes de ces voies en ligne avec les altérations des métabolites glutamate, GABA et glutamine (Davidovic et al., 2011).
Intégration des deficits métaboliques aux alterations “omiques” dans le cerveau de la souris modèle du FXS. Nous avons généré plusieurs jeux de données “omiques”: 
-Transcriptomique. Nous avons analyse par séquençage haut débit le cortex et le cervelet des souris FXS à la Plateforme de Génomique de l’IPMC. 
-Métabolomique. Les analyses en LC/GC-MS ont été réalisées par Metabolon Inc. (USA) sur le cortex et le cervelet des souris FXS. Cette analyse complète l’analysis inititale par RMN (Davidovic et al., 2011).
Développement de biomarqueurs métaboliques du FXS. Nous avons achevé le profilage métabolique urinaire et plasmatique par RMN des souris FXS adultes. Ceci a permis l’identification de plusieurs métabolites perturbés. Notamment, nous avons mis en évidence chez les souris FXS des anomalies de l’excrétion urinaire de plusieurs métabolites et des niveaux plasmatique de glucose et d’acides aminés.
Perspectives : Ce projet ANR JCJC MetaboXFra combine des approches moléculaires à la biologie intégrative pour générer de nouvelles hypothèses biologiques pour comprendre le métabotype du FXS. Enfin, ce projet a un fort potentiel de valorisation et permettra l’identification de biomarqueurs et de cibles thérapeutiques pour le FXS.
Publications et brevets : Dumas, M.-E. & Davidovic, L.* (2013) Metabolic phenotyping and systems biology approaches to understand neurological disorders. F1000Prime Rep. 2013 Jun 3;5:18. doi: 10.12703. (*) corresponding author. PMC3672944