Facteurs génétiques derrière les troubles congénitaux oculaires

Le séquençage de l'exome et du génome humain a rendu plus facile la recherche de gènes liés à certains troubles héréditaires. Mais souvent, ce processus produit plein de gènes et de variants candidats, et seulement un petit nombre est vraiment responsable de la maladie. La complexité des gènes impliqués peut rendre difficile de savoir lesquels sont souvent mutés. Des techniques pour étudier le fonctionnement de ces gènes existent, mais elles ont généralement des limites. Cet écart entre l'identification des gènes susceptibles de causer des maladies et la confirmation de leurs rôles crée des obstacles, surtout pour des conditions comme les troubles de dysinnervation crânienne congénitale oculaire (OCCDD).

#Qu'est-ce que les oCCDD ?

Les troubles de dysinnervation crânienne congénitale oculaire (oCCDD) sont un groupe de conditions qui affectent le mouvement des yeux et des paupières dès la naissance. Elles proviennent de problèmes dans le développement de certains neurones moteurs qui contrôlent ces mouvements. Quelques exemples d'oCCDD incluent :

1. Ptosis congénital : Ce trouble implique un affaissement des paupières, souvent dû à des problèmes avec le nerf oculomoteur (CN3).

2. Syndrome de Marcus Gunn (MGJWS) : Ici, la position de la paupière s'améliore temporairement quand on bouge la mâchoire à cause de problèmes de câblage dans les nerfs.

3. Fibrose congénitale des muscles extraoculaires (CFEOM) : Ce trouble entraîne un mouvement vertical des yeux limité et un affaissement variable des paupières.

4. Syndrome de rétraction de Duane (DRS) : Dans ce cas, il y a des difficultés à déplacer l'œil vers l'extérieur, et l'œil peut se rétracter lorsqu'on essaie de regarder à l'intérieur.

#Comprendre les nerfs moteurs crâniens

Les nerfs moteurs crâniens proviennent de groupes de neurones moteurs situés dans le tronc cérébral. Ces nerfs contrôlent les muscles qui bougent les yeux et les paupières. Spécifiquement pour les oCCDD, des défauts dans la formation et la projection de neurones moteurs connus sous les noms de CN3, CN4 et CN6 peuvent entraîner des problèmes de mouvement des yeux.

• CN3 (Nerf oculomoteur) : Contrôle plusieurs muscles des yeux et la paupière.

• CN4 (Nerf trochléaire) : Contrôle le muscle oblique supérieur responsable du mouvement vers le bas et vers l'intérieur des yeux.

• CN6 (Nerf abducens) : Responsable du mouvement de l'œil vers l'extérieur.

Les zebrafish sont souvent utilisés dans les études parce que leur système nerveux crânien est assez similaire à celui des humains, ce qui en fait de bons modèles de recherche.

#Flux de recherche

Pour comprendre et tester les gènes qui pourraient contribuer aux oCCDD, les chercheurs ont mis en place un moyen systématique d'identifier et de valider les gènes candidats. Cela inclut :

1. Identifier les gènes candidats : En étudiant l'ADN humain de personnes avec des oCCDD, les chercheurs peuvent trouver des gènes potentiels responsables de ces conditions.

2. Utiliser des modèles de zebrafish : Les gènes identifiés sont ensuite testés chez le zebrafish. Les neurones moteurs du zebrafish se développent rapidement, permettant aux chercheurs d'observer les effets de changements spécifiques de gènes.

3. Étudier la fonction des gènes : Grâce à divers tests, y compris des essais de liaison de protéines, les chercheurs peuvent évaluer comment les mutations dans ces gènes pourraient perturber leur fonction.

#Gènes candidats et variants

Les recherches ont montré que certains oCCDD proviennent de problèmes spécifiques dans des gènes qui contrôlent la fabrication de certaines protéines. Les mutations qui entraînent une perte de fonction dans les facteurs de transcription peuvent particulièrement provoquer des conditions comme le CFEOM et le DRS.

• Phox2a : La perte biallélique de ce gène peut provoquer le CFEOM. Dans des modèles animaux, la perte de ce gène entraîne l'absence de noyaux moteurs crâniens clés.

• MAFB : Un changement dans juste une copie de ce gène peut mener au DRS. Dans des études animales, cela peut aussi aboutir à l'absence de noyaux moteurs.

Bien que ces découvertes aident à expliquer certains oCCDD, de nombreux cas restent sans cause génétique claire.

#Validation fonctionnelle

Pour mieux comprendre les rôles de ces gènes candidats, des expériences ciblées peuvent être effectuées pour voir comment des changements dans les gènes affectent la fonction. Les chercheurs utilisent le zebrafish parce qu'il offre plusieurs avantages, comme :

• Une reproduction et un développement rapides.
• Des fonctions géniques similaires à celles des humains.
• La possibilité d'éditer facilement des gènes.

En utilisant des zebrafish, les chercheurs peuvent observer comment des modifications génétiques affectent la formation des nerfs moteurs crâniens et les mouvements musculaires.

#Conception de l'étude

Pour leurs études, les chercheurs ont suivi une approche structurée :

1. Éthique et consentement : Toutes les études sont menées selon des directives éthiques strictes, garantissant le consentement éclairé des participants ou de leurs tuteurs.

2. Identifier les candidats : Ils analysent des informations génétiques de personnes avec des oCCDD, en se concentrant sur les variants qui pourraient causer une perte de fonction.

3. Validation dans les zebrafish : Les gènes candidats sont ciblés dans les zebrafish par édition génétique, observant comment les poissons se développent et s'ils montrent des phénotypes similaires à ceux observés chez les humains.

4. Comparer les résultats : L'équipe examine dans quelle mesure le modèle de zebrafish reflète les conditions humaines, en évaluant la survie et les changements physiques chez les poissons privés de certains gènes.

#Résultats

Les premières étapes ont montré des résultats prometteurs, identifiant plusieurs gènes d'intérêt. Les chercheurs ont ciblé à la fois des gènes connus et nouveaux liés aux oCCDD chez les zebrafish. Par exemple :

• PHOX2A : Cibler ce gène chez le zebrafish a entraîné l'absence de noyaux de neurones moteurs, reflétant la condition humaine du CFEOM.

• MAFB : Des souris avec des changements dans ce gène ont présenté des caractéristiques cohérentes avec le DRS.

À travers ces expériences, ils ont confirmé l'implication de plusieurs gènes dans la causation des oCCDD.

#Tester la fonctionnalité des gènes

Pour enquêter davantage sur la façon dont des mutations spécifiques pourraient affecter la fonction des gènes, les chercheurs ont comparé la capacité de liaison à l'ADN des protéines altérées. Ils ont utilisé une technique appelée microarrays de liaison de protéines pour étudier comment ces protéines mutées interagissent avec l'ADN.

Les résultats ont montré que certaines mutations entraînaient une perte complète de fonction des protéines, ce qui pourrait expliquer pourquoi ces gènes étaient associés à des troubles.

#Investigations détaillées sur les gènes

1. PHOX2A : La mutation de ce gène provoquait une perte totale de sa capacité à lier l'ADN, ce qui est essentiel pour sa fonction dans le développement des neurones moteurs crâniens.

2. MAFB : Bien que cette mutation n'ait pas éliminé la liaison à l'ADN, elle a considérablement réduit l'efficacité de la protéine, indiquant un rôle potentiel dans le DRS.

3. OLIG2 : Les mutations ici ont également entraîné une perte de liaison à l'ADN, soutenant davantage son implication dans les oCCDD.

4. SEMA3F : Ce gène est associé à la croissance et à l'orientation des axones, et sa mutation a entraîné des changements structurels dans les nerfs crâniens.

5. FRMD4B : Bien que ce gène ait montré un phénotype similaire chez le zebrafish, d'autres études sont nécessaires pour confirmer son rôle dans les oCCDD.

#Conclusion

Cette recherche souligne les liens entre les variations génétiques humaines et le développement des oCCDD. L'utilisation du zebrafish comme modèle pour tester ces gènes fournit de précieuses informations sur la façon dont les changements génétiques peuvent entraîner des symptômes spécifiques.

L'étude a identifié de solides candidats pour des gènes associés aux oCCDD et a confirmé comment certaines mutations peuvent entraver les fonctions fondamentales des protéines. Bien que de nombreuses questions restent sans réponse, ces découvertes ouvrent la voie à de futures recherches visant à comprendre et potentiellement traiter ces troubles complexes. Plus de recherches sont nécessaires pour explorer divers facteurs génétiques et comment ils interagissent, ce qui pourrait donner de meilleures perspectives sur les causes sous-jacentes des oCCDD.