Physiopathological study of Crouzon syndrome with acanthosis nigricans related to FGFR3
Etude de la physiopathologie du syndrome de Crouzon avec acanthosis nigricans lié à FGFR3
Résumé
Fibroblast Growth Factor 3 (Fgfr3) is a receptor with tyrosine kinase activity. Its purpose is to regulate survival, proliferation and differentiation of cells in various tissues.Gain-of-function mutations in Fgfr3 coding gene are responsible for two types of genetic diseases: chondrodysplasias, characterized by anomalies in long bones growth, and craniosynostoses, characterized by premature fusion of cranial sutures. Patients with craniosynostoses associated to Fgfr3 mutations also present behavioral and cognitive disorders.The aim of my thesis was to better understand the physiopathology of a particular form of craniosynostosis, Crouzon syndrome with Acanthosis Nigricans (CAN).CAN is a rare form of craniosynostosis associated to an Fgfr3 specific mutation (A391E). It is characterized by premature fusion of coronal sutures, midface hypoplasia and acanthosis nigricans, a hyperpigmentation and thickening of the skin. Management of these patients requires sequential interventions to allow proper development of the skull and brain.First, I studied the effect of the CAN related A391E mutation on FGFR3 protein phosphorylation. Cell transfection experiments showed that the A391E mutation affect protein maturation and cause an overactivation of receptor in absence or in presence of ligand.In parallel, we generated the first mouse model for CAN by inserting the gain-of-function A385E mutation in the Fgfr3 murine gene in a ubiquitous manner (Fgfr3A385E/+).Analysis of skeletal phenotype by radiography, morphometry (on µCT scanners) and histology of this model did not show major anomalies of the skull and skeleton. In parallel, we were also interested in the brain of these mice. Our work showed that FGFR3 was expressed and overactivated at the level of the hippocampus. It also allowed to observe anomalies in neurogenesis processes in the dentate gyrus of these animals. In order to study the impact of the A391E mutation, we performed behavioral tests. Our experiments showed that the Fgfr3A385E/+ mice presented cognitive disorders. We observed important memory defects while anxiety remained unchanged. An antidepressant effect was also observed in mutants. To establish a link between these cognitive anomalies and the activated Fgfr3 receptor, we treated the animals with cerebral intraventricular injection of a specific Fgfr3 inhibitor (BGJ398). This treatment allowed to restore the behavioral and cognitive defects previously observed.This work highlight for the first time behavior anomalies in a FGFR3 related craniosynostosis mouse model. It allow a better understanding of the role played by Fgfr3 in craniofacial and skeletal development as well as in memorization and learning processes and emotional responses.
Fibroblast Growth Factor Receptor 3 (Fgfr3) est un récepteur à activité tyrosine kinase. Sa fonction est de réguler la survie, la prolifération et la différenciation cellulaire dans de nombreux tissus.Les mutations gain-de-fonction du gène codant Fgfr3 sont responsables de deux types de maladies génétiques : les chondrodysplasies, caractérisées par des anomalies de la croissance des os longs, et les craniosynostoses, caractérisées par une fusion prématurée des sutures crâniennes. Les patients atteints de craniosynostoses liées à des mutations du gène Fgfr3 présentent également des troubles comportementaux et cognitifs.L’objectif de ma thèse fut de mieux comprendre la physiopathologie d’une forme particulière de craniosynostose, le syndrome de Crouzon avec Acanthosis Nigricans (CAN). Le CAN est une forme rare de craniosynostose associée à une mutation Fgfr3 spécifique (A391E). Il est caractérisé par une fusion prématurée des sutures coronales, une hypoplasie de l’étage moyen de la face et un acanthosis nigricans, une hyperpigmentation et un épaississement localisé de la peau. La prise en charge de ces patients est chirurgicale et nécessite des interventions séquentielles afin de permettre le bon développement du crâne et du cerveau.Dans un premier temps, j’ai étudié l’effet de la mutation A391E responsable du CAN sur la phosphorylation de la protéine FGFR3. Les expériences de transfections dans des cultures cellulaires ont montré que la mutation A391E affecte sa maturation et entraine une suractivation du récepteur en absence ou en présence de son ligand.En parallèle, nous avons généré le premier modèle murin CAN en insérant la mutation gain-de-fonction A385E dans le gène Fgfr3 de manière ubiquitaire (Fgfr3A385E/+). L’analyse du phénotype squelettique à l’aide d’études radiologique, morphométrique (sur scanners µCT) et histologique de ce modèle n’ont pas montré d’anomalies majeures au niveau du squelette et du crâne. En parallèle, nous nous sommes intéressés au cerveau de ces souris. Nos travaux ont permis de montrer que FGFR3 était exprimé et suractivé au niveau de l’hippocampe. Ils ont également permis d’observer des anomalies dans les processus de neurogenèse dans le gyrus denté de ces animaux. Afin d’étudier l’impact de la mutation A391E, nous avons réalisé des tests comportementaux. Nos expériences montrent que les souris Fgfr3A385E/+ présentaient des défauts cognitifs. Nous avons observé des défauts de mémoire importants tandis que l’anxiété était non affectée. Un effet antidépresseur a également été observé chez les mutants. Afin d’établir un lien entre ces anomalies cognitives et le récepteur Fgfr3 activé, nous avons traité ces animaux mutants à l’aide d’injections intraventriculaire cérébrale avec un inhibiteur spécifique de Fgfr3 (BGJ398). Ce traitement a permis de restaurer les défauts cognitifs et comportementaux observés précédemment.L’ensemble de ces travaux ont permis de mettre en évidence pour la première fois des anomalies du comportement dans un modèle murin FGFR3 de craniosynostose. Ils permettent de mieux comprendre le rôle joué par Fgfr3 à la fois dans le développement craniofacial et squelettique, mais également dans les processus de mémorisation et de réponses émotionnelles.
Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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