FASN mutations in epileptic encephalopathies

L’acide gras synthase, codé par le gène FASN, est une protéine multi-enzyme homodimérique responsable de la lipogenèse de novo à partir de l’acétyl-CoA et du malonyl- CoA. La finalité de cette lipogenèse est la production de l’acide palmitique, un acide gras simple, précurseur des acides gras à très longues chaînes. L’acide palmitique est impliqué dans plusieurs processus biologiques, dont la palmitoylation qui permet d’ancrer diverses protéines à la membrane cellulaire sous-tendant, entre autres, la transmission synaptique. Le rôle de l’acide gras synthase dans le développement embryonnaire est bien établi. En effet, il est exprimé de manière ubiquitaire dans l’embryon, principalement dans les tissus en pleine croissance et soumis à un remodelage, participant ainsi activement au développement cérébral. Par conséquent, des mutations du gène FASN ont été associées à plusieurs maladies, incluant divers types de cancers, les maladies cardiovasculaires, mais également, plus récemment, à certaines maladies du neurodéveloppement, incluant les troubles du spectre de l’autisme. Des données récentes des laboratoires Rossignol et Campeau, au CHU Ste-Justine, suggèrent un lien entre des mutations récessives ou de novo du gène FASN et des formes précoces d’épilepsie avec atteinte cognitive (encéphalopathies épileptogènes).  Nous postulons que les mutations du gène FASN modifient la synthèse de l’acide palmitique et perturbent le développement des réseaux neuronaux, en altérant la migration, le développement morphologique, l’excitabilité et/ou la fonction synaptique de populations neuronales spécifiques, résultant en une hyperexcitabilité neuronale et à l’épilepsie. Pour explorer cette hypothèse, nous avons recueilli les informations cliniques de dix patients porteurs de mutations du gène FASN dans le cadre d’études génomiques en cours au CHU Ste- Justine et à travers le monde. Nous avons également généré un nouveau modèle murin de la maladie, exprimant une mutation retrouvée chez un membre de notre cohorte clinique, que nous avons caractérisé sur les plans histochimique et électrophysiologique. Nos données suggèrent que les mutations du gène FASN induisent chez l’humain un phénotype clinique de retard global du développement évoluant vers une déficience intellectuelle, s’accompagnant d’un éventail de signes neurologiques (déficit moteur, spasticité, réflexes ostéotendineux vifs, hypotonie et ataxie) et d’un risque accru d’épilepsie. De plus, notre modèle de souris knock-in Fasn.S154N révèle la fonction critique de ce gène dans le développement embryonnaire puisqu’une mutation homozygote entraîne une mortalité in utero. Par ailleurs, les souris porteuses de mutations hétérozygotes survivent et présentent un phénotype clinique rappelant celui observé chez les patients, incluant un comportement anxieux, une activité épileptique interictale à l’électroencéphalogramme ainsi qu’un abaissement du seuil convulsif lors d’une exposition au pentylenetetrazole (PTZ).  Nous discutons certains mécanismes sous-jacents contribuant potentiellement au développement de l’épilepsie dans cette maladie, incluant une altération de l’activité de l’acide gras synthase au niveau du cortex préfrontal et de l’amygdale, une palmitoylation aberrante des protéines synaptiques, une plus grande vulnérabilité des cellules granulaires du gyrus denté, un dysfonctionnement des cellules souches neurales, une neurogénèse insuffisante, ainsi qu’une altération de la myélinisation et de la croissance axonale impactant la migration des interneurones. Ces mécanismes sont prédits pour altérer l’excitabilité neuronale et la transmission synaptique, perturbant la fonction des circuits. Des études subséquentes permettront d’élucider lesquels de ces divers mécanismes contribuent au phénotype clinique dans notre nouveau modèle murin de la maladie.

Keyphrases: gène FASN, acide palmitique, autisme, épilepsie, autism