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Mesure non mortelle / à faible effet nocif des traits de la drosophile

Mesure non mortelle / à faible effet nocif des traits de la drosophile


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J'essaie de générer des traits candidats à mesurer dans un essai de fitness de mouches non consanguines de type sauvage (population de laboratoire). Le trait clé que je vais mesurer est la durée de vie.

Je recherche des traits supplémentaires qui peuvent être mesuré à partir des mêmes mouches que ceux du test de durée de vie sans blesser ou tuer la mouche dans le processus. Par exemple, j'ai pu mesurer des ailes à l'aide d'une technique mise au point par le Houle Lab appelée WingMachine. Je pense que je pourrais aussi faire d'autres mesures avec le même équipement, la même longueur de jambe, etc.

Les traits doivent également être présents chez les deux sexes (peuvent être monomorphes ou dimorphes) et rapides à mesurer ; Je vise 200-250 mesures/collections/images par jour. Des traits qui peuvent être mesurés correctement chez une mouche morte de vieillesse fonctionneraient également. Les traits peuvent être morphologiques, comportementaux etc…

Quels autres traits peut être fait comme ça?


Vous pouvez effectuer des tests de géotaxie (escalade) négatifs, des tests de locomotion (larves ou adultes), % de vacuolisation cérébrale (après la mort des mouches), des tests de labyrinthe. Il y en a probablement beaucoup plus, mais ce sont tout ce à quoi je peux penser qui ne sont pas mortels et peuvent être appliqués aux mâles et aux femelles ainsi qu'à certains travaux larvaires.

Vous pourriez peut-être envisager de faire des tests de famine et de longévité dans certaines de vos populations.


Rhipicephalus (Boophilus) Microplus

BYC a été purifié à partir de fraîchement pondu Rhipicephalus (Boophilus) microplus œufs homogénéisés dans un tampon tris-HCl, pH 7,4 contenant un inhibiteur de trypsine de soja, de la leupeptine, de l'antidouleur et de la benzamidine. La purification a été réalisée au moyen d'une ultracentrifugation suivie de deux étapes chromatographiques, réalisées dans des colonnes échangeuses d'ions DEAE-toyopearl et de filtration sur gel Sephacryl S-200. Une fois purifiée, cette protéinase se présente sous la forme de deux polypeptides correspondant tous deux à des pro-enzymes de 54 et 49 kDa. Lors de l'activation sur des pH acides (3,5), ces pro-enzymes sont transformées de manière auto-catalytique en la forme active de 47 kDa de l'enzyme [2] . Sous toutes ces formes, l'enzyme se comporte toujours comme un monomère. La séquence protéique est homologue aux protéinases aspartiques d'autres arthropodes tels que le moustique de la fièvre jaune Aedes aegypti [8] et d'autres organismes tels que la douve Schistosoma mansoni [9] avec environ 35 % d'identité de séquence.

La prédiction de la structure secondaire du BYC indique une teneur élevée en feuillets , une caractéristique typique des endopeptidases aspartiques confirmée par les spectres de dichroïsme circulaire du BYC natif [3] .

La caractéristique structurelle la plus distinctive de BYC, par rapport à d'autres protéinases aspartiques, est l'absence d'un des résidus aspartate catalytique. Néanmoins, ce n'est pas la seule différence notable. En fait, la région proche de la position du résidu Asp manquant de BYC est également différente des autres protéinases aspartiques puisque la totalité du sous-site S2 n'est pas trouvée dans cette peptidase. In silico la modélisation de la structure tertiaire de BYC basée sur la protéinase humaine chymosine (chapitre 5) suggère que, dans BYC, un résidu sérine est dans la position initialement occupée par le résidu Asp manquant de BYC. Néanmoins, cette prédiction ne semble pas fiable car l'absence d'une paire de cystéine BYC dans cette région pourrait conduire à une modification locale de la conformation par rapport à d'autres endopeptidases aspartiques [3] . De cette façon, seule une résolution complète de la structure BYC, ainsi que des études de mutagenèse dirigée, pourraient répondre à cette question et, malheureusement, ces études n'ont pas été menées jusqu'à présent.


Le test de « capacité d'efflux de cholestérol (CEC) » est un test simple in vitro mesure des capacités de sérums individuels à favoriser la première étape de la voie de transport inverse du cholestérol, la délivrance du cholestérol cellulaire aux HDL plasmatiques.

Cette revue décrit la biologie cellulaire de ce modèle et évalue de manière critique son application en tant que marqueur du risque cardiovasculaire. Nous décrivons les voies d'exportation du cholestérol cellulaire, les modèles cellulaires actuels utilisés dans le test CEC avec leurs limites et considérons la contribution que la mesure de la CEC sérique apporte à notre compréhension de la fonction HDL in vivo.


Résultats et discussion

Notre justification expérimentale pour tester l'hypothèse selon laquelle les niveaux de ressources avaient contraint les réponses des femelles à un conflit sexuel élevé était de (1) déduire la nature de l'environnement sélectif vécu en mesurant les principaux moteurs de la parade nuptiale et de la fréquence d'accouplement dans tous les traitements au cours de l'évolution expérimentale, et (2) déployer des tests standardisés de durée de vie et de fitness pour tous les régimes, avec le même régime alimentaire et les mêmes conditions de reproduction, dans des tests de « conflit » et « sans conflit ». Cela a permis des comparaisons directes de la durée de vie, du vieillissement et de la forme physique chez des individus issus des régimes de conflits sexuels riches et pauvres, élevés, moyens et faibles. Des mesures répétées prises à différentes générations au cours de la sélection nous ont également permis de suivre la trajectoire des réponses évolutives au fil du temps.

ENVIRONNEMENT SÉLECTIF EXPÉRIMENTÉ DANS LES RÉGIMES DE CONFLITS SEXUELS RICHES ET PAUVRES EN RESSOURCES

Les mesures de l'environnement sélectif au cours de l'évolution expérimentale ont montré que, comme prévu, les femelles des régimes à conflit élevé (c. femelles, et que cela s'est maintenu au fil du temps (Informations à l'appui Fig. S1A,B). Cela suggérait que l'intensité de la sélection résultant du conflit sexuel était similaire pour tout rapport de masculinité donné sur l'un ou l'autre régime de ressources. Cependant, il est important de noter que nous n'avions pas de mesures directes de la force de sélection chez les femmes. Cela dit, les comportements de parade nuptiale et de fréquence d'accouplement mesurés comme notre proxy indirect pour la sélection semblent être les principaux moteurs de la résistance des femelles (Wigby et Chapman 2004). Par conséquent, comme ces indices de conflit étaient similaires dans les traitements du sex-ratio à travers les niveaux de ressources, il est raisonnable de déduire que les forces sélectives clés motivant la résistance des femmes étaient également similaires. Nous ne pouvons pas exclure d'autres possibilités qui n'ont pas encore été testées, par exemple, qu'un mâle en bonne condition issu d'un régime alimentaire riche puisse nuire davantage à une femelle à chaque accouplement qu'un régime alimentaire médiocre correspondant d'un mâle en mauvaise condition. Des tests directs de cette idée n'ont pas encore été menés, bien que les études sur les effets nutritionnels immédiats de la capacité d'un mâle à effectuer des réponses post-accouplement chez les femelles (Fricke et al. 2008) n'aient montré aucune preuve que la nutrition des mâles aux niveaux imposés ici affectait la part relative de paternité du premier ou du deuxième mâles s'accouplant, bien qu'il y ait eu certains effets sur la capacité des premiers mâles s'accouplant à induire une réfractarité à l'accouplement chez les femelles. Les mouches pauvres en ressources passaient moins de temps sur la nourriture (Fig. S1C) et dans les régimes alimentaires riches, les mouches à haut conflit (MB) montraient une occupation plus faible de la nourriture. Cela suggère que la fréquence élevée de la parade nuptiale et de l'accouplement des mâles aurait pu empêcher les femelles d'accéder à la nourriture, aggravant potentiellement les effets nocifs des mâles sur les femelles.

RÉPONSE DE LA DURÉE DE VIE, DU VIEILLISSEMENT ET DE LA FRÉQUENCE D'ACCOUPLEMENT AUX CONFLITS SEXUELS DANS LES RÉGIMES RICHES ET PAUVRES DE RESSOURCES

1. Maintenance somatique - survie et vieillissement de base dans des conditions de « test sans conflit »: Nous avons d'abord analysé la survie d'individus une fois accouplés à la génération (gen) 47 dans des conditions d'essai « sans conflit ». Les individus ont été accouplés en masse au début des expériences (placés avec des individus de type sauvage du sexe opposé pendant 24 heures) puis tous maintenus sur un milieu SY standard (riche) dans des flacons unisexes jusqu'à la mort. Les femelles à faible conflit (FB) ont vécu plus longtemps que les femelles à fort conflit (MB) dans les régimes de ressources pauvres mais pas riches (Fig. S2A), conformément à la prédiction selon laquelle les femelles avec une histoire évolutive de conflit élevé dans les régimes pauvres avaient compromis somatiques. maintenance. Il ne semble pas y avoir d'effet du sex-ratio sur la durée de vie des hommes. Cependant, la distribution de la durée de vie (Fig. S2A) était fortement asymétrique, ce qui a motivé un modèle en deux étapes (Supporting Information) consistant en une survie jusqu'à un seuil (@32 jours, Fig. S3) suivi d'une analyse de la durée de vie de la majorité des les cohortes qui ont formé les survivants après le seuil (Fig. 1A).

Seuil de survie: La plupart des individus ont survécu à la période seuil, c'est pourquoi le principal signal de longévité est venu de l'analyse post-seuil décrite ci-dessous. Néanmoins, au cours de la période seuil, les femelles à haut conflit (MB) (probabilité de survie = 0,919 [0,895, 939]) avaient un seuil de survie significativement inférieur (Z = 3.107, Prégler = 0,0076) que les mâles MB (probabilité de survie = 0,963 [IC à 95 % = 0,944, 0,975]), alors qu'il n'y avait pas de différence entre les sexes dans les régimes FB (probabilité de survie des femelles = 0,944 [0,922, 0,960] mâles = 0,929 [0,905, 0,947] Z = 1.064, Prégler = 0,2874). Une interaction significative entre le sexe ratio et le sexe focal (LRT = 9,3977, P = 0,0027) était également évidente, en raison d'une survie plus élevée chez les hommes à régime élevé (MB) par rapport aux hommes à faible conflit (FB) (Z = 2.535, Prégler = 0,0224). Il n'y a eu aucun effet du régime de ressources évolutif sur le seuil de survie quel que soit le traitement du sex-ratio (LRT = 0,6016, P = 0,4403). Les résultats suggèrent que les femelles à conflit élevé, mais pas faible, avaient un seuil de survie réduit par rapport à leurs mâles respectifs, ce qui correspond à la prédiction selon laquelle leur maintien somatique était compromis (Fig. S3).

Survie après le seuil: Environ 94 % de tous les individus non censurés ont survécu jusqu'au jour 32 et ont ainsi formé les cohortes post-seuil (Fig. 1A). Nous avons observé des interactions significatives du sexe focal avec le sex-ratio (LRT = 4,5079, P = 0,0349) et sexe focal avec régime alimentaire (LRT = 9,6881, P = 0,0013). Les femmes à faible conflit (FB) vivaient plus longtemps que les femmes à conflit élevé (MB), mais cela n'était marginalement significatif que chez les individus issus d'un régime de ressources pauvres (Prégler = 0,0516). Dans l'ensemble, les femelles à faible conflit (FB) avaient systématiquement, mais pas de manière significative, une durée de vie post-seuil plus longue que les femelles MB dans les deux régimes de ressources (durée de vie FB-MB ± SEM = 1,91 ± 1,42 jours t10.2 = 1.344, Prégler = 0,2929). Le sexe focal était significatif (LRT = 53,024, P < 0,0001) avec les femelles ayant une durée de vie significativement plus longue que les mâles, en particulier chez les individus issus des régimes de ressources pauvres à faible conflit (FB) (durée de vie femme-homme ± SEM = 4,37 ± 0,60 jours t2178.27 = 7.274, Prégler < 0,0001 Fig. 1A).

Nous suggérons que les femelles FB des régimes pauvres vivaient plus longtemps que les autres femelles dans l'essai sans conflit parce que leur environnement sélectif était dominé par les niveaux de ressources expérimentés au cours de l'évolution expérimentale. Par conséquent, la réponse de la durée de vie des femelles FB était fortement déterminée par les faibles niveaux de nourriture qu'elles subissaient, et, sur les quatre traitements des femelles, ces femelles étaient les plus susceptibles d'évoluer des mécanismes pour soutenir le maintien somatique. C'était l'inverse des femelles MB maintenues sur des régimes alimentaires riches dont l'environnement sélectif n'était pas dominé par la pénurie de nourriture mais par l'attention/le mal des mâles. Ces femelles ont réagi à la force qui affectait le plus la forme physique en résistant aux dommages (voir ci-dessous). Cela a été corroboré par les réponses en miroir des femelles FB et MB (en comparant l'essai sans conflit à 47 générations et l'essai de conflit à 30 générations) illustrées à la figure 1A par rapport à B. Tout comme les femelles FB provenant de régimes alimentaires pauvres étaient des valeurs aberrantes dans le test de conflit », les femelles MB des régimes alimentaires riches étaient des valeurs aberrantes par rapport à toutes les autres femelles dans le « test de conflit ».

Taux de vieillissement: Aucun des traitements n'a affecté de manière significative le profil de vieillissement (Figs. S4A,B, S5A) ou la vitesse de vieillissement (??g) (Fig. 2). A première vue, cela peut sembler contredire les effets significatifs observés dans l'analyse de la durée de vie post-seuil. Cependant, l'analyse du taux de vieillissement a été effectuée à l'échelle de la population, avec des paramètres de vieillissement dérivés de résumés de données de longévité de ∼100 individus. Cela peut avoir diminué la puissance et la résolution pour détecter les différences, en particulier compte tenu de la variabilité entre les populations dans les formes des courbes de survie, qui pourraient masquer différentes trajectoires au niveau de la population au sein des mêmes traitements.

Dans l'ensemble, les résultats étaient cohérents avec la prédiction selon laquelle, dans les régimes de ressources pauvres, l'investissement dans le maintien somatique (durée de vie sans conditions de conflit) des femelles à faible conflit (FB) était relativement libre (pas de compromis avec la résistance), tandis que celui de les femelles hautement conflictuelles des régimes d'évolution expérimentale du MB ont été compromises. La raison pour laquelle les femelles du régime riche n'ont pas vécu plus longtemps dans l'ensemble n'est pas tout à fait claire, bien que nous soupçonnions qu'il y avait une sélection de viabilité plus forte liée à l'efficacité d'utilisation des ressources dans le régime de ressources pauvre.

2. Évolution de la résistance — Survie, vieillissement et accouplement chez des mouches pleinement reproductrices (conditions d'essai de conflit). Nous avons ensuite analysé les schémas de survie chez les deux sexes dans des conditions de « test de conflit » pleinement reproductrices (c'est-à-dire avec des individus focaux exposés continuellement dans un sex-ratio de 50:50 à des individus de type sauvage standard du sexe opposé, et tous maintenus sur la norme [ régime riche]). Deux points temporels générationnels, 13 et 30, ont été mesurés.

Durée de vie: Bien que nous n'ayons trouvé aucune interaction significative à trois voies, la survie a été significativement affectée par les interactions à deux voies impliquant la génération, le traitement du sex-ratio et le sexe (sex-ratio × régime, LRT = 9,8897, P = 0,0467 sex-ratio × sexe focal, LRT = 11,9907, P = 0,0042 sexe focal × génération, LRT = 436,63, P = 0,0012). Il y avait aussi des effets principaux hautement significatifs de la production (LRT = 67,229, P < 0,0001) et le sexe focal (LRT = 1608,6, P < 0,0001). Pour sonder davantage les interactions, nous avons divisé l'ensemble de données par régime alimentaire et avons ensuite réanalysé chaque sous-ensemble séparément.

Chez les individus issus des régimes riches en ressources, la durée de vie a changé de manière significative au fil du temps (génération × sexe focal, LRT = 277.04, P = 0,0010) et a été différemment impacté par le traitement du sex-ratio (sex-ratio × sexe focal, LRT = 13,2755, P = 0,0040). Ici, les femelles MB à conflit élevé avaient une durée de vie significativement plus longue que les femelles à conflit moyen (ES) ou faible (FB) (FB < ES : t11.02 = –3.823, Prégler = 0,0056 FB < MB : t11.24 = –6.477, Prégler = 0,0001 ES < Mo : t10.97 = –2.684, Prégler = 0,0341 Fig. 1B et Fig. S2B, S4C,D). En revanche, dans les régimes alimentaires pauvres, bien que la durée de vie ait été expliquée par une interaction entre le sexe focal et la génération (LRT = 172,68, P = 0,0010) et par les effets principaux du sexe focal (LRT = 857,21, P = 0,0010) et génération (LRT = 33,139, P = 0,0010), nous n'avons trouvé aucun effet du sex-ratio sur la durée de vie des femmes. Les résultats ont montré que seules les femmes hautement conflictuelles (MB) des régimes riches en ressources pourraient apparemment développer une résistance, c'est-à-dire des mécanismes qui pourraient améliorer les impacts délétères d'un conflit sexuel élevé. La concordance de cette réponse de la durée de vie avec une précédente expérience d'évolution expérimentale menée indépendamment (Wigby et Chapman 2004) démontre la robustesse de ce résultat. Dans aucun des régimes alimentaires évolutifs, nous n'avons trouvé d'effet du sex-ratio sur la durée de vie des hommes (FB = ES = MB, tous Prégler ≫ 0.05).

Dans les deux régimes de niveaux de ressources, nous avons également observé une augmentation frappante du dimorphisme sexuel de la durée de vie au fur et à mesure de l'évolution expérimentale (Fig. 1B, Fig. S2B). Cela semblait être un effet secondaire du régime d'élevage (Informations à l'appui). La raison exacte n'est pas encore claire, mais cela pourrait refléter des compromis spécifiques au sexe (Fairbairn 2013) en réponse à la sélection pour se reproduire au maximum au jour 10. Cet effet était plus prononcé dans le régime alimentaire riche, où l'effet principal significatif de focal sexe (LRT = 19,1988, P = 0,0022) était due au fait que les femelles avaient une durée de vie significativement plus courte que les mâles. L'effet focal significatif sexe × génération a été entraîné par une augmentation de 6 jours chez les mâles (moyenne de la génération 13 ± SEM = 47,99 ± 0,64 génération 30 = 53,70 ± 0,52 t193.07 = –6.806, P < 0,0001) et diminution simultanée de 12 jours de la durée de vie des femelles (génération 13 moyenne ± SE = 41,52 ± 0,27 gen 30 = 29,21 ± 0,53 t15.07 = 20.110, P < 0,0001).

Paramètres de vieillissement (α, β) : les paramètres de vieillissement ont montré des effets principaux significatifs du sexe focal (F1,66 = 50.646, P < 0,0001), régime (F1,66 = 4.672, P = 0,0027), génération (F1,66 = 0.961, P < 0,0242), et le sex-ratio (F2,66 = 2.084, P < 0.0304). Au cours de la simplification du modèle, l'interaction focale sexe × génération est devenue significative (F1,58 = 37.175, P < 0,0001) attribuable à une diminution du taux de mortalité initial (α) des mâles entre la génération 13 et 30, alors que l'inverse s'est produit chez les femelles (Fig. S5B). Ainsi, les femmes présentaient un taux d'augmentation de la mortalité systématiquement plus élevé. Il y avait un taux de mortalité initial légèrement plus élevé dans les populations à régime pauvre et une légère augmentation du taux de mortalité d'une génération à l'autre (Fig. S5B). Dans l'ensemble, les régimes à faible conflit (FB) avaient une mortalité initiale plus élevée et une augmentation du taux de mortalité plus faible que les régimes ES ou à conflit élevé (MB). Analyse du paramètre de vitesse de vieillissement (ωg) a révélé un effet principal du régime alimentaire (LRT = 4.322, P = 0,04794) avec un régime de ressources pauvres, les mouches vieillissent plus rapidement que celles des régimes riches, et une seule interaction significative (sexe focal × génération, LRT = 66,034, P = 0,0001). Le vieillissement des femelles était initialement inférieur à celui des mâles et a augmenté au fil du temps, entraînant une diminution significative de la durée de vie moyenne. Pendant ce temps, le vieillissement masculin a diminué au fil du temps (Figs. S2B, S5B). Lorsque cette interaction a été supprimée, il y avait un effet principal significatif de la génération (LRT = 4,729, P = 0,0317). À la génération 30, le vieillissement chez les femelles est inversement corrélé au niveau de conflit sexuel (avec le paramètre de taux de vieillissement ωg plus élevé dans FB > ES > MB Fig. 2A), bien que cet effet ne soit pas significatif en raison de la puissance réduite de l'analyse du vieillissement au niveau de la population. Le modèle était cohérent avec l'analyse de survie et soutenait l'existence d'une résistance dépendante des ressources aux dommages induits par les hommes.

Fréquence d'accouplement: Il n'y avait pas d'interaction sex-ratio × âge (LRT = 5,1935, P = 0,0932) pour la fréquence d'accouplement sur les régimes pauvres en ressources à la génération 13, mais à la génération 30, un fort effet non linéaire était évident (LRT = 9,6866, P = 0,0055 Fig. 3). Les régimes à haut conflit (MB) et à faible conflit (FB) ont montré une augmentation significative avec l'âge, et dans les régimes MB en particulier, une accélération plus rapide (sexe ratio × âge interaction, LRT = 16,2653, P = 0,0011). Les régimes riches en ressources correspondants ont montré un taux d'accouplement constant.Cependant, le FB a augmenté significativement plus rapidement que pour les régimes ES ou MB, ce qui a entraîné un accouplement significativement plus élevé dans l'ensemble (sexe ratio × âge interaction, LRT = 7,5074, P = 0,0438 Fig. 3), ce qui peut être associé à des coûts d'accouplement plus élevés et à la diminution observée de la survie des femelles FB lorsqu'elles sont exposées à des mâles de type sauvage. Il n'y avait aucune preuve d'interactions sex-ratio × âge pour la parade nuptiale.

Collectivement, les résultats des tests de conflit suggèrent qu'un conflit sexuel élevé a conduit à l'évolution de la résistance chez les femelles dérivées du régime riche en ressources (Berg et Maklakov 2012 Wigby et Chapman 2004) potentiellement en raison de contraintes avec la maintenance somatique (Chapman 2006 Houslay et al. 2015 ). Cela s'est manifesté par une réduction de la durée de vie et une augmentation du vieillissement des femelles pleinement reproductrices à faible conflit (FB) par rapport aux femelles ES et à haut conflit (MB) dérivées des régimes riches en ressources, sans un tel effet chez les pauvres. régimes alimentaires. La découverte que les femelles MB ont développé une résistance dans la mesure où leur durée de vie dépassait en fait celle des femelles FB qui ont connu un faible conflit (d'où une sélection minimale pour la résistance) semble représenter une « surcompensation » dans la mesure où elles ont mieux survécu que les femelles subissant peu de dommages. Cela peut suggérer que des facteurs en plus de l'évolution de la résistance sont également impliqués. La durée de vie des hommes était peu affectée par les manipulations des conflits sexuels. Le modèle de survie était contraire à celui observé dans les conditions d'essai sans conflit et était étayé par des changements dans le vieillissement des femmes sous des régimes riches en ressources, qui ont montré une corrélation inverse avec le niveau de conflit sexuel. Ainsi, pour les femmes du régime riche en ressources, la durée de vie et le vieillissement ont évolué d'une manière cohérente avec l'évolution de la résistance aux dommages induits par les hommes (Wigby et Chapman 2004 ). La durée de vie des femelles après une exposition continue des mâles était également considérablement plus courte que pour les femelles une fois accouplées, montrant de forts effets du statut d'accouplement sur la survie des femelles (Reiwich et Nuzhdin 2002 Magwere et al. 2004 Liker et Szekely 2005 Maklakov et al. 2009 Barrett et Richardson 2011 Wilson et al 2013). Bien que les résultats suggèrent qu'en effet la résistance à l'accouplement des femelles peut avoir été plus évolutive avec des ressources élevées, ce n'est pas une attente formelle générée par la théorie. Pour étayer cette interprétation et exclure la possibilité qu'au moins une partie des réponses soit due à des réponses plastiques à l'augmentation des niveaux de nourriture, il serait très utile de démontrer une plus grande variance génétique additive dans l'acquisition des ressources dans le traitement à haute ressource ainsi que l'estimation des effets du traitement des paramètres évolutifs pertinents (par exemple, les variances génétiques).

RÉPONSE DE L'APTITUDE À LA VARIATION DES CONFLITS SEXUELS DANS DES ENVIRONNEMENTS RICHE ET PEU EN RESSOURCES

Nous avons également analysé la reproduction et la fitness spécifiques à l'âge aux générations 13 et 30 pour les individus détenus dans les conditions de « test de conflit » décrites ci-dessus. Les données de la génération 13 ont montré que, dans les régimes pauvres en ressources, il y avait une interaction significative du sex-ratio et de l'âge (LRT = 18,125, P = 0,0001) avec une courbe plus raide pour ES par rapport aux femelles à conflit élevé (MB) et à conflit faible (FB) (Fig. S6A) et un nombre initial d'œufs plus élevé à l'âge de 5 jours (interaction significative du sex-ratio × temps, TLR = 11,620, P = 0,0030). En revanche, sous le régime riche en ressources, les courbes ES et FB étaient similaires et plus raides que pour les femelles MB (Fig. S6A) avec une fécondité initiale plus élevée à 5 jours d'âge. Une analyse des données du jour 5 a donné une interaction significative (LRT = 9,5567, P = 0,0084 Fig. S6, encarts). Analyses de fitness, calculées comme le taux intrinsèque d'augmentation de "r", correspondait à ce modèle (Fig. S7A). La reproduction en fonction de l'âge (progéniture) après 30 générations n'a montré aucun effet significatif du sex-ratio (Fig. S6B). Comme ci-dessus, les différences de traitement se sont manifestées tôt, ce qui a conduit à une analyse séparée des données des jours 8 à 10, qui représentaient les 2 jours précédant la fenêtre au cours de laquelle la forme physique est réalisée au cours de l'évolution expérimentale (jours 10 à 12). Cependant, il n'y avait aucune différence dans la progéniture dans les données des jours 10-12, ce qui suggère qu'aucun « déficit » de la progéniture chez les femelles MB aux jours 8-10 n'a été observé pendant la fenêtre de sélection des jours 10-12 elle-même. Notre interprétation est que les femelles MB retardent l'effort de reproduction maximal (gradient fort du jour 8-10 augmentant à la progéniture 10-12 jours) et que c'est cette capacité à ajuster plus finement le calendrier de reproduction pour correspondre au régime de sélection qui est adaptatif. Il n'y avait pas d'effet apparent du traitement du sex-ratio chez les femelles ou les mâles à faible régime de ressources (Fig. S7B). Les différences précoces de fitness observées chez les femelles issues de lignées de ressources pauvres ont également disparu à la génération 30, indiquant que les coûts d'exposition à une fréquence élevée ou faible d'accouplement ou de parade nuptiale peuvent avoir été améliorés par la sélection.

Dans l'ensemble, les analyses de la condition physique ont montré que la durée de vie plus longue des femelles pleinement reproductrices soumises à des conflits sexuels élevés était associée à une moins bonne condition physique au début de la vie, ce qui indique un compromis entre l'évolution de la résistance aux mâles (Arnqvist et Rowe 2005). Aucun effet de ce type n'a été observé chez les femelles du régime pauvre en ressources ou chez les mâles de l'un ou l'autre régime nutritionnel. Cela a mis en évidence que la forme physique a également évolué d'une manière dépendante des ressources et spécifique au sexe en réponse à l'altération du conflit sexuel (Chapman 2006 Archer et al. 2012 Berg et Maklakov 2012 Archer et al. 2015 ). Les manipulations du régime évolutif étaient à la fois quantitatives (au niveau calorique) et qualitatives (rapport protéines/glucides). La justification était d'encourager fortement les réponses sélectives au « niveau » global des ressources. On ne sait pas si ce type de manipulation alimentaire lui-même prédispose à des réponses spécifiques au sexe et les futures manipulations évolutives du régime pourraient cibler cette possibilité en utilisant des régimes plus précisément définis.


Discussion

La sélection sexuelle peut entraîner une augmentation des dommages causés aux femelles par les mâles pendant l'accouplement (22,29,32), soit par des blessures directes, soit par une infection par des agents pathogènes, ce qui devrait en théorie favoriser un investissement accru des femelles dans l'immunité lorsque le succès reproductif des femelles à vie est élevé par une longévité accrue. [5, 22, 23, 24, 27, 35, 39]. Ici, nous fournissons une série de données expérimentales et comparatives montrant collectivement que les différences d'immunité entre les sexes peuvent être modulées par les conflits sexuels chez une espèce où les coûts de l'accouplement sont évidents. Cette conclusion est basée sur les observations de (1) l'expression des gènes biaisée par le sexe dans la cascade d'activation de la proPO (Fig. 1), (2) un biais femelle dans l'activité de la PO qui est sensiblement plus élevé que ce qui est typique chez les insectes, (3) plasticité phénotypique limitée aux femelles dans l'activité PO en réponse à l'accouplement (Fig. 2), (4) changements microévolutifs limités aux femelles dans les traits d'immunité en réponse à la manipulation expérimentale du système d'accouplement et donc au conflit sexuel (Figs. 3 et 4), et (5) l'évolution corrélée entre la morphologie génitale mâle et l'activité PO femelle à travers les espèces (Fig. 5).

Alors que des études antérieures ont quantifié les réponses immunitaires des femelles après l'accouplement [5, 22, 23, 45, 50, 53, 100, 101], il reste souvent difficile de savoir si les dommages masculins via les organes génitaux ou les composés éjaculatoires (c'est-à-dire l'antagonisme sexuel) entraînent de telles réponses, ou si elles représentent une optimisation féminine indépendante du compromis entre la reproduction actuelle et future [5, 22, 23, 27, 49, 102]. Ici, nous avons directement manipulé le niveau de sélection sexuelle et de conflit, ce qui est relativement bien compris dans C. maculatus (par exemple [47, 48, 59, 62, 103, 104, 105, 106]), et ont trouvé une réponse PO clairement limitée aux femelles, alors qu'aucune corrélation entre l'investissement reproductif des femelles et l'activité PO n'a été détectée. Par conséquent, nos données indiquent que les dommages infligés aux mâles lors de l'accouplement sont le moteur de l'investissement des femmes dans les OP. Dans ce système, le mal infligé par un mâle à sa partenaire d'accouplement femelle est positivement corrélé à son succès dans la compétition de sperme (29), probablement parce que les substances du liquide séminal (66) qui profitent aux mâles dans la compétition de sperme (62) passent plus rapidement dans le corps féminin si le canal copulateur est rompu (32). Cependant, ces blessures peuvent exposer les femmes à un risque d'infection systémique par des agents pathogènes (36), suggérant la nécessité de guérir ces blessures via une réaction potentiellement coûteuse à médiation PO [68, 73, 76, 77].

Nous avons émis l'hypothèse que ces effets pourraient avoir des conséquences sur la susceptibilité des femelles aux infections non liées à l'accouplement via des compromis entre l'activité PO et d'autres composants de l'immunité dans la cascade d'activation de la proPO, tels que la production d'AMP (Fig. 1a). Cette prédiction a été corrélée avec l'observation d'une susceptibilité accrue à l'infection bactérienne chez les femelles du régime d'accouplement polygame (Fig. 4). Cependant, nos résultats ne nous permettent pas de distinguer avec confiance entre plusieurs hypothèses, mutuellement inclusives, concernant la base mécanique exacte de la mortalité accrue des femelles polygames. Nous n'avons pas trouvé de différence dans la charge bactérienne entre les femelles polygames et monogames infectées par les bactéries gram-négatives P. entomophila, ce qui suggère qu'il n'y a pas de grandes différences dans la capacité à éliminer l'infection et donc pas de grandes différences dans la production d'AMP utilisées pour lutter contre les infections bactériennes, un résultat qui ne supporte pas un compromis entre la production d'AMP et de PO chez les femelles polygames. Le résultat de cette expérience n'est cependant guère concluant. Une autre possibilité est que le besoin d'une activité PO élevée dans l'appareil reproducteur des femelles polygames ait conduit à une « suractivation » néfaste de la cascade d'activation de la proPO lors d'une infection bactérienne et au besoin simultané de production d'AMP (par exemple [107]). En effet, bien qu'une telle suractivation puisse masquer des compromis d'allocation en répondant au double besoin de produire des PO et des AMP, elle peut avoir provoqué une réponse inflammatoire avec une mortalité accrue des femelles polygames. La cascade d'activation de la proPO peut avoir des conséquences immunopathologiques néfastes via la production de métabolites secondaires toxiques et doit être strictement régulée [76], et une infection bactérienne sévère peut également tuer l'organisme via les effets secondaires d'une mélanisation excessive [68, 73]. De futures expériences sont nécessaires pour déterminer la base mécanique exacte sous-jacente à nos résultats, comprenant de préférence des mesures détaillées des réponses immunitaires spécifiques aux tissus, car nous avons mesuré ici des échantillons du corps entier.

Fait intéressant, les femelles polygames ont subi une mortalité accrue lorsqu'elles étaient infectées par des bactéries gram-positives et gram-négatives, les recherches sur la drosophile suggérant que seules les bactéries gram-positives pourraient activer les réponses immunitaires via TOLL tandis que les bactéries gram-négatives sont censées provoquer des réponses immunitaires principalement via le Voie Imd [78], qui n'a pas de lien clair avec la cascade d'activation de la proPO. Ce résultat pourrait donc aller à l'encontre des compromis immunitaires entre les composants de la cascade d'activation de la proPO en tant que mécanisme général expliquant la mortalité différentielle observée entre les femelles polygames et monogames. Cependant, plusieurs études sur les invertébrés ont maintenant démontré une interférence entre les voies TOLL et Imd ([55, 78, 108, 109, 110]), et que la cascade proPO peut être facilement activée par les bactéries gram-négatives [74, 110, 111]. En effet, TOLL a même été directement impliqué dans la régulation du dimorphisme sexuel dans l'immunité aux bactéries gram-négatives chez Drosophila melanogaster [112], suggérant que la différence constante de mortalité des femelles monogames et polygames infectées par le virus gram-positif B. thuringiensis et gram-négatif P. entomophila peut encore être enraciné dans l'utilisation différentielle de la cascade d'activation de la proPO.

Le succès de reproduction des mâles dans les systèmes d'accouplement polyandres est généralement maximisé par un changement vers la reproduction actuelle chez la partenaire d'accouplement femelle, car cela augmenterait la probabilité que le mâle engendre une plus grande partie de la progéniture produite par la femelle [5, 16, 23, 24 , 44]. Ces idées prédisent que les mâles devraient évoluer pour manipuler les femelles afin qu'elles investissent dans la reproduction actuelle au détriment d'une immunité et d'une longévité réduites [22, 23]. Conformément à ces prédictions, les mâles avec des épines génitales plus longues, qui infligent plus de mal pendant l'accouplement, engendrent plus de progéniture dans C. maculatus [59, 62] et semblent stimuler la fécondité féminine (données non publiées). De plus, l'éjaculat masculin régule l'immunité féminine après l'accouplement dans Drosophile, les guppys, les souris et les humains [44, 45, 51, 52, 113, 114], bien qu'il reste souvent difficile de savoir dans quelle mesure les effets sont néfastes ou bénéfiques pour la femelle dans son ensemble [5, 22, 23, 27, 115]. Il a même été suggéré que les mâles pourraient gagner en condition physique en transférant des maladies sexuellement transmissibles qui déclenchent des changements dans l'allocation des femelles vers la reproduction actuelle [21, 116], mais cette possibilité manque de soutien empirique [117]. Chez d'autres insectes, la PO femelle augmente ou diminue après l'accouplement et il a été suggéré que chez les espèces où l'accouplement régule à la baisse l'activité de la PO femelle, les mâles corrompent la fonction immunitaire de la femelle [23]. Bien que nos résultats ne réfutent pas cette hypothèse, ils sont également cohérents avec C. maculatus les femelles étant « amorcées » pour un accouplement nuisible et que l'activité de la PO chez les femelles diminue initialement après l'accouplement en raison de la cicatrisation de la plaie, mais est ensuite rapidement restaurée. Une telle activation de l'immunité anticipatrice féminine a été observée dans Drosophile [118, 119] et les punaises de lit [120].


Syndrome de Rett : un trouble neurologique avec des composantes métaboliques

Le syndrome de Rett (RTT) est un trouble neurologique causé par des mutations du gène lié à l'X méthyl-CpG-binding protein 2 (MECP2), un régulateur transcriptionnel exprimé de manière ubiquitaire. Malgré des progrès scientifiques remarquables depuis sa découverte, le mécanisme par lequel MECP2 mutations provoquent des symptômes RTT est largement inconnue. Par conséquent, les options de traitement pour les patients sont actuellement limitées et centrées sur le soulagement des symptômes. Considéré comme un trouble entièrement neurologique, la recherche RTT s'est concentrée sur le rôle de MECP2 dans le système nerveux central. Cependant, la variété des phénotypes identifiés dans Mecp2 les modèles de souris mutantes et les patients RTT impliquent des rôles importants pour MeCP2 dans les systèmes périphériques. Ici, nous passons en revue l'histoire de la RTT, en soulignant les percées dans le domaine qui nous ont conduits à nos jours. Nous explorons les preuves actuelles soutenant le dysfonctionnement métabolique en tant que composant du RTT, en présentant des études récentes qui ont révélé un métabolisme lipidique perturbé dans le cerveau et les tissus périphériques de modèles murins et de patients. De tels résultats peuvent avoir un impact sur la qualité de vie des patients RTT, car l'intervention diététique et médicamenteuse peut altérer le métabolisme des lipides. En fin de compte, nous concluons qu'une connaissance approfondie des cibles fonctionnelles variées de MeCP2 dans le cerveau et le corps sera nécessaire pour traiter ce syndrome complexe.

1. Syndrome de Rett : caractéristiques et stades cliniques

Le syndrome de Rett (RTT, OMIM #312750) a été décrit pour la première fois par Andreas Rett, un neurologue pédiatrique autrichien, après avoir observé deux patientes avec des stéréotypies identiques de torsion des mains dans la salle d'attente de sa clinique. À l'examen, il a constaté que les deux patients avaient les mêmes antécédents : un développement précoce normal, suivi d'une période de régression et de perte des mouvements intentionnels de la main. Intrigué, le Dr Rett a documenté d'autres patientes de sa clinique présentant des symptômes similaires. Estimant que les symptômes correspondent à un trouble métabolique, il l'a appelé « hyperammoniémie cérébroatrophique » dans une publication allemande de 1966 [1]. Cependant, le trouble n'a pas gagné l'acceptation générale parmi la communauté médicale jusqu'à sa description dans les publications anglaises 17 ans plus tard [2]. Le RTT est maintenant bien connu comme un trouble neurologique progressif qui affecte principalement les filles, survenant dans 1 : 10 000 à 15 000 naissances féminines vivantes [3].

Le diagnostic clinique du RTT repose sur une batterie de critères inclusifs et exclusifs coexistants et bien définis (résumés dans [4–6]). Après une période de développement neurologique et physique normal au cours des 6 à 18 premiers mois de vie, les premiers signes du RTT commencent à se manifester dès la petite enfance et apparaissent progressivement en plusieurs étapes (figure 1) : stagnation (âge 6-18 mois), régression rapide (âge 1–4 ans), pseudostationnaire (âge 2–vie potentielle) et détérioration motrice tardive (âge 10–vie). Les symptômes caractéristiques du RTT comprennent la perte de la parole et des habiletés motrices acquises, des mouvements répétitifs des mains, des irrégularités respiratoires et des convulsions. Les patients atteints de RTT peuvent également souffrir d'épisodes sporadiques de problèmes gastro-intestinaux, d'hypoplasie, d'ostéoporose précoce, de bruxisme et de crises de cris [4]. Malgré ces déficiences, les patients RTT sont bien intégrés dans leur famille et apprécient le contact personnel [7]. Le développement de nouvelles technologies de communication augmentée a permis aux patients RTT autrement non verbaux de s'engager avec les autres et de s'exprimer [8].

Figure 1. Chronologie des stades et de l'apparition des symptômes chez les patients RTT. Le syndrome de Rett (RTT) est divisé en quatre étapes progressives. Les patients présentent un développement précoce apparemment normal. Entre 6 et 18 mois, les patients connaissent une période de stagnation développementale (stade I) et ne respectent plus leurs jalons mentaux, cognitifs ou moteurs. La croissance du périmètre crânien ralentit et cette période dure des semaines, voire des mois. Le stade II est défini par une régression développementale rapide dans laquelle les mouvements de la main et les compétences verbales acquis sont perdus. La microcéphalie s'aggrave et des irrégularités respiratoires et/ou des convulsions surviennent. Le stade III est une période de plateau pseudo-stationnaire au cours de laquelle les patients peuvent montrer une légère récupération des intérêts cognitifs, mais les mouvements intentionnels des mains et du corps restent sévèrement diminués. Le stade IV est défini par une détérioration motrice et peut durer des décennies. De nombreux patients sont dépendants d'un fauteuil roulant et/ou d'une sonde de gastrostomie. Cependant, toutes les filles ne progressent pas vers ce stade sévère.

De nombreux enfants diagnostiqués avec un RTT ont un volume cérébral réduit par rapport aux individus en bonne santé, ce qui correspond à un périmètre crânien plus petit [9,10]. Le volume cérébral réduit est en grande partie dû à la petite taille du corps neuronal et à un emballage plus dense de cellules, en particulier dans les couches III et V du cortex cérébral, du thalamus, de la substance noire, des noyaux gris centraux, de l'amygdale, du cervelet et de l'hippocampe [11]. Les patients présentent également une arborisation dendritique réduite, révélatrice d'un retard de maturation neuronale [12]. De plus, une hypopigmentation de la substance noire suggère un dysfonctionnement des neurones dopaminergiques [9]. Les patients atteints de RTT présentent des signes de dérèglement des neurotransmetteurs, des neuromodulateurs et des transporteurs, indiquant un rôle important dans la fonction synaptique [13,14].

Les complications métaboliques sont également fréquentes dans le RTT.Un certain nombre de patients présentent une dyslipidémie [15,16], une élévation des taux plasmatiques de leptine et d'adiponectine [17,18], une élévation de l'ammoniac [1] et une inflammation de la vésicule biliaire, un organe qui stocke la bile pour la digestion des graisses [19]. Des changements dans le métabolisme cérébral des glucides [20] et des neurométabolites associés à l'intégrité cellulaire et au renouvellement membranaire [21,22] ont également été rapportés. De plus, les mitochondries productrices d'énergie ont une structure anormale dans les cellules des patients [23-26]. De manière cohérente, une fonction altérée du complexe de la chaîne de transport d'électrons [27], une augmentation du stress oxydatif [28-30] et des taux élevés de lactate et de pyruvate dans le sang et le liquide céphalo-rachidien [20,27] ont été observés chez les patients atteints de RTT (revue dans [31] ).

Le traitement des patients atteints de RTT se limite actuellement au contrôle des symptômes. Avec une attention adéquate aux complications orthopédiques, au contrôle des crises et à la nutrition, les femmes atteintes de RTT peuvent survivre jusqu'à l'âge moyen et plus. Cependant, les patients ont un taux de mortalité soudaine et inattendue de 26%, beaucoup plus élevé que les individus en bonne santé du même âge, et meurent généralement des suites d'une infection respiratoire, d'une instabilité cardiaque et d'une insuffisance respiratoire [32-34].

2. Mutations dans MECP2 provoquer le syndrome de Rett

Les cas familiaux ont joué un rôle déterminant dans la détermination de la cause génétique du RTT typique. L'analyse de liaison multipoint d'une famille RTT brésilienne avec trois filles affectées et trois filles non affectées a réduit la localisation du gène à Xq28 [35]. Suite à cette percée en 1999, Amir et al. [36] ont systématiquement analysé près de 100 gènes candidats localisés dans la région Xq28 à la recherche de mutations chez les patients RTT. En criblant l'ADN génomique de patients RTT sporadiques et familiaux, le groupe a identifié des mutations dommageables faux-sens, de décalage du cadre de lecture et non-sens dans la région codante du gène de la protéine de liaison méthyl-CpG 2 (MECP2) chez sept patients. Il est maintenant bien établi que les mutations MECP2 représentent 95 % des cas typiques de RTT et surviennent fréquemment de novo [36-38]. Les patients RTT sont hétérozygotes pour MECP2 mutation, portant une copie normale et une copie mutée de MECP2. Lorsqu'un enfant présente des symptômes de type RTT, mais ne remplit pas tous les critères diagnostiques du RTT, il peut être diagnostiqué avec un RTT atypique, dont les symptômes varient en fonction de l'âge d'apparition, de la séquence du profil clinique et/ou de la gravité (tableau 1). [39–49]. De nombreux cas atypiques sont associés à des mutations de la kinase de type cycline-dépendante liée à l'X 5 (CDKL5 OMIM #300203) ou boîte de fourche G1 (FOXG1 OMIM #164874), mais certains restent indéfinis [39-49]. mutations dans MECP2 ont également été associés à une déficience intellectuelle, à l'autisme et au lupus érythémateux [50,51].

Tableau 1. Variantes atypiques du syndrome de Rett. Ces variantes peuvent être plus légères ou plus sévères que les symptômes classiques du RTT.

MeCP2 est une protéine nucléaire abondante qui a été identifiée à l'origine dans un criblage de protéines ayant une activité de liaison spécifique au méthyle-ADN. Il est exprimé de manière ubiquitaire dans tous les tissus humains, mais est particulièrement abondant dans les neurones [52,53]. Dans le système nerveux central (SNC), la MeCP2 est exprimée à de faibles niveaux avant la naissance, mais augmente progressivement au cours de la maturation neuronale et de la synaptogenèse atteignant son pic dans les neurones matures post-migratoires, suggérant un rôle pour la MeCP2 dans le maintien de la maturation, de l'activité et de la plasticité neuronales. 54-57].

MECP2 est codé par quatre exons qui sont exprimés par les isoformes MeCP2_exon1 (e1) et MeCP2_exon2 (e2) (figure 2une) [57–59]. MeCP2_e1 est 10 fois plus abondant que MeCP2_e2 dans le cerveau humain et de souris et dans le thymus et les poumons de souris, alors qu'un rapport 1 : 1 est observé dans les testicules et le foie de souris [60,61], suggérant que e1 est la principale isoforme fonctionnelle dans le cerveau . L'exon 4 chez la souris et l'homme contient un 3'UTR de 8,5 kb, qui est l'un des plus longs connus dans le génome humain, et comporte quatre sites de polyadénylation (polyA) résultant en quatre transcrits exprimés de manière différentielle (figure 2une) [62–64]. Le 3'UTR peut réguler la traduction en aval de MECP2en contrôlant la dégradation et la stabilité de l'ARNm, le transport nucléocytoplasmique, la localisation de l'ARNm et la modulation de la traduction [65]. Le suppléant MECP2 les transcrits montrent des différences quantitatives d'expression dans différents tissus, à différents stades du développement embryonnaire de la souris et dans le développement cérébral postnatal humain [62].

Figure 2. Des mutations dans la protéine multifonctionnelle MeCP2 provoquent le RTT. Les cases colorées indiquent différents domaines fonctionnels codés : orange clair, N-terminal de MeCP2_e1 orange foncé, N-terminal de MeCP2_e2 vert, domaine N-terminal (NTD) qui a des séquences d'acides aminés identiques entre les deux isoformes rose, domaine de liaison au méthyle ( MBD) bleu, domaine de répression transcriptionnelle (TRD) rouge, domaine d'interaction du corécepteur nucléaire (NCoR) (NID) jaune, domaine C-terminal (CTD). (une) Les quatre exons du MECP2 gène. Les flèches dans les exons 1 et 2 indiquent les codons de départ « ATG » pour MeCP2_e1 ou MeCP2_e2, respectivement. Les flèches dans l'UTR 3' indiquent plusieurs sites polyA résultant en des transcrits de longueur différente. Les lignes pointillées en haut indiquent le modèle d'épissage de MeCP2_e1 et les lignes pointillées en bas indiquent le modèle d'épissage de MeCP2_e2. (b) Domaines fonctionnels et modifications post-traductionnelles (PTM) de MeCP2. Les coordonnées sont en relation avec l'isoforme MeCP2_e2. MeCP2 contient deux domaines PEST (boîtes noires barrées), deux domaines HMG (boîtes barrées bleues), trois domaines AT-hook (boîtes noires pleines), un signal de localisation nucléaire fonctionnel (NLS) (boîte rose barrée) et un domaine WW (orange case barrée). Les PTM sont dispersés dans toute la protéine et régulent les interactions avec les partenaires de liaison MeCP2. (c) Dommage commun MECP2 mutations. Schéma de MeCP2 avec domaines fonctionnels. oui-l'axe représente le pourcentage de patients RTT avec une mutation indiquée. Les mutations faux-sens sont en violet et les mutations non-sens sont en rouge. Combinées, ces mutations ponctuelles représentent environ 70 % de toutes les mutations causant le RTT.

MeCP2 se compose de quatre domaines fonctionnels principaux (figure 2b). La spécificité de liaison de MeCP2 dépend de la présence d'ADN méthylé et de son domaine de liaison méthyle (MBD) situé aux acides aminés 78-162 [53,66]. MeCP2 est différent des autres protéines de liaison à l'ADN méthyle en raison de sa capacité à interagir avec un seul site CpG méthylé symétrique (mCpG) [53,66]. Cependant, les travaux récents de Lagger et al. ont révélé que MeCP2 a également une affinité de liaison élevée pour les CAC méthylés et hydroxyméthylés (mCAC et hmCAC, respectivement) dans les neurones, démontrant que les dinucléotides et les trinucléotides méthylés peuvent recruter MeCP2 dans l'ADN pour la régulation transcriptionnelle [67]. Un domaine répresseur transcriptionnel (TRD) se produit dans les acides aminés 207-310 et contient le domaine d'interaction NCoR (NID), qui facilite la liaison de MeCP2 au complexe co-répresseur NCoR1/SMRT [68-71]. Le domaine C-terminal (CTD) montre également une capacité de liaison à l'ADN, suggérant la présence d'un domaine interagissant avec la chromatine à proximité de la région 5' du CTD [72].

La méthylation des CpG est minime dans les génomes d'invertébrés (10 à 40 %), mais très élevée dans les génomes de vertébrés (60 à 90 %) [73,74]. Les sites d'ADN méthylés recrutent des protéines de liaison à l'ADN méthyle comme MeCP2, qui attirent des complexes de régulation transcriptionnelle [75]. De manière cohérente, MeCP2 réprime la transcription d'une manière spécifique au gène, en interagissant avec les complexes co-répresseurs mSIN3A et NCoR1/SMRT [70,76]. Cependant, MeCP2 peut également faciliter l'activation transcriptionnelle [77], la compaction de la chromatine [78,79] et l'épissage de l'ARNm [80,81], tout en interagissant avec une multitude d'autres protéines régulatrices impliquées dans diverses voies moléculaires [81-84] .

Bien qu'ayant des domaines fonctionnels bien définis, MeCP2 se classe comme une protéine intrinsèquement désordonnée (IDP) et acquiert une structure tertiaire lors de l'interaction avec d'autres partenaires protéiques ou acides nucléiques [85]. Une structure désordonnée fait des PDI des partenaires de liaison notoirement promiscuités [86]. En tant que telles, les modifications post-traductionnelles (PTM) ajoutent une couche de régulation supplémentaire pour garantir la liaison de MeCP2 aux partenaires appropriés. En conséquence, MeCP2 subit de nombreux PTM, notamment l'acétylation, la phosphorylation, l'ubiquitination et la SUMOylation (figure 2b examinés dans [87,88]), qui régulent fortement les interactions. Au total, plusieurs études suggèrent que les gènes peuvent être activés ou réprimés par MeCP2, selon le contexte cellulaire [77,89,90], suggérant que MeCP2 peut être défini comme un modulateur transcriptionnel.

3. Variation du phénotype chez les personnes atteintes MECP2 mutation

Selon la base de données Human Gene Mutation, 555 mutations causant le RTT ont été identifiées dans MECP2 [91]. De novo les mutations représentent 99,5 % des mutations dans MECP2, dont environ 70 % sont des transitions C > T, qui surviennent généralement en raison de l'hypermutabilité des dinucléotides mCpG dans le MECP2 lieu [48]. Contrairement au chromosome X des ovocytes, le chromosome X du sperme est hyperméthylé. Il a été supposé que la désamination spontanée des résidus de cytosine méthylés peut entraîner une transition vers une thymine, augmentant le potentiel de mutations délétères au niveau des sites CpG hyperméthylés [92,93]. En tant que tel, la plupart de novo MECP2 les mutations proviennent du chromosome X hérité paternellement [94].

Le large spectre de MECP2 les mutations comprennent les mutations ponctuelles, les insertions, les duplications, les délétions petites ou grandes, ou l'ensemble MECP2 suppressions de gènes. Malgré cela, seules huit mutations faux-sens et non-sens (R106 W, R133C, T158M, R168X, R255X, R270X, R294X et R306C) représentent environ 70 % de toutes les mutations du RTT (figure 2c). Les délétions C-terminales représentent environ 8 % supplémentaires et les grandes délétions représentent environ 5 % [38]. Les types de mutations ont tendance à se regrouper : des mutations faux-sens se produisent fréquemment dans le MBD, tandis que les mutations non-sens se produisent généralement en aval du MBD [38]. Les mutations de décalage du cadre résultant de petites délétions se produisent généralement dans l'extrémité C-terminale (figure 2c) [48]. La localisation de la mutation réduit les aspects spécifiques de la fonction MeCP2 [95]. Par exemple, des mutations situées dans le MBD réduisent la capacité de liaison à l'ADN de MeCP2.

Dans les premières études, Hagberg et al. [2] ont noté que la sévérité de la déficience motrice chez les patientes RTT classiques allait d'un fauteuil roulant avant l'âge de cinq ans au maintien de la capacité de marcher avec une démarche de type parkinsonien. Compte tenu de la grande variété de types de mutations et de la gravité des phénotypes, les études génotype-phénotype ont mis en corrélation le statut de mutation avec les caractéristiques cliniques des patients RTT [38]. Des mutations tronquantes précoces dans le MECP2 tels que R168X, R255X et R270X, et les grands INDEL, provoquent le phénotype le plus sévère. Les mutations faux-sens telles que R133C et R306C, les mutations tronquantes tardives telles que celles de R294X et d'autres à l'extrémité 3', qui maintiennent le MBD et la plupart des TRD intacts, sont les plus légères [38,96]. Par conséquent, MECP2 le statut mutationnel est un prédicteur puissant de la gravité de la maladie, mais une variation phénotypique se produit généralement entre les individus ayant le même MECP2 mutation et est attribuée à des différences dans l'inactivation du chromosome X (XCI) [97].

Les patientes hétérozygotes RTT sont en mosaïque, permettant à certaines cellules d'exprimer le mutant MECP2, tandis que les autres expriment l'allèle de type sauvage. Le XCI peut être biaisé de manière préférentielle de sorte que le chromosome X mutant soit plus ou moins exprimé que le type sauvage, ce qui entraîne respectivement une présentation relativement plus sévère ou plus douce du RTT [98,99]. La mère des enfants de la famille brésilienne d'origine n'a présenté aucun symptôme car son empreinte d'inactivation X a faussé 95 % de l'expression du chromosome non muté [35]. Il est intéressant de noter que plusieurs patients porteurs de la même mutation peuvent présenter un large spectre de sévérité clinique malgré des schémas similaires de XCI dans le sang périphérique, potentiellement dus à des mutations du second gène (modificateurs) qui atténuent ou améliorent le résultat phénotypique de MECP2 mutation [100].

En tant que trouble lié à l'X, le RTT était considéré comme mortel chez les hommes. Cependant, des hommes présentant des caractéristiques cliniques ressemblant au RTT classique ont été signalés avant même la découverte du gène causal. En 1999, Wan et al. [37] ont décrit la première mutation dans MECP2 chez un patient de sexe masculin décédé à l'âge d'un an d'une encéphalopathie néonatale congénitale. Cette découverte a incité l'inclusion des garçons dans le dépistage de MECP2 mutations, permettant de les classer en quatre catégories : encéphalopathie néonatale sévère et mort infantile, RTT typique, phénotypes neuropsychiatriques moins sévères ou MECP2 syndrome de duplication (tableau 2) [101–108].

Tableau 2. Hommes avec MECP2 les mutations se répartissent en quatre catégories.

4. Les modèles animaux informent MECP2 fonction

MECP2 apparaît à travers l'évolution des vertébrés avec une forte conservation dans ses domaines fonctionnels. Drosophile ne possède pas d'orthologue de l'homme MECP2, peut-être parce que le génome des invertébrés est peu méthylé [109]. En 2013, Pietri et al. isolé le premier nul mecp2 Q63*/Q63* modèle de poisson zèbre, qui ne récapitule pas les caractéristiques du trouble humain [110,111]. Au lieu de cela, les poissons sont viables et se reproduisent normalement, mais présentent des anomalies motrices mineures et une durée de vie raccourcie, probablement en raison de déficiences immunitaires [112]. En 2017, Chen et al. [113] ont publié la première analyse de MECP2-singes cynomolgus mutants, qui présentent une diminution des mouvements, un retrait social, une augmentation du comportement stéréotypé et des anomalies du sommeil, symptômes courants chez les patients RTT [113]. Dans l'ensemble, les singes présentent des changements du SNC et du transcriptome qui sont cohérents avec ceux de l'homme, bien qu'ils soient génétiquement hétérogènes [113]. Par conséquent, les modèles simiens peuvent servir de système robuste, bien que coûteux, pour étudier les fonctionnalités sophistiquées de RTT à l'avenir.

Mecp2 les rongeurs mutants récapitulent de nombreux symptômes caractéristiques du RTT et sont l'outil le plus largement accepté pour étudier le trouble. Un modèle de rat nul de RTT (Mecp2 ZFN ) montre des similitudes phénotypiques et transcriptomiques avec les modèles murins [114–116]. Bien que les rats présentent des avantages pour les tests physiologiques et précliniques, ils ne sont pas largement utilisés, peut-être en raison de leur coût et du manque d'outils génétiques. Au lieu de cela, deux allèles nuls de souris sont les principaux modèles du syndrome de Rett (tableau 3). Le laboratoire Bird a développé un Mecp2 modèle de souris mutante par ingénierie saumon fuméP sites flanquant Mecp2 exons 3 et 4 pour créer une ligne conditionnelle « floxée » [117]. Cet allèle conditionnel-ready, appelé Mecp2 tm1Bird , est hypomorphe, entraînant des symptômes légers de type RTT en raison d'une réduction de 50 % de l'expression de MeCP2 [118,119]. Une lignée de souris nulle dépourvue de tout produit protéique a été créée par croisement avec un pilote Cre supprimant la lignée germinale (Mecp2 tm1.1Oiseau /Y) [117]. Simultanément, le laboratoire Jaenisch a conçu un Mecp2 souris mutante par ingénierie saumon fuméSites P flanquant l'exon 3, Mecp2 tm1.1Jae [120]. Un plus petit Mecp2 Des fragments de transcription et de protéine sont présents dans le cerveau mutant, cependant, ces souris présentent des phénotypes similaires à l'allèle nul de Bird.

Tableau 3. Mecp2 modèles de souris mutantes. Les Mecp2 tm1.1Oiseau et Mecp2 tm1.1Jae les allèles sont les plus étudiés. Les allèles de mutation ponctuelle sont conçus pour imiter les mutations humaines causant le RTT. De nombreuses suppressions conditionnelles ont été créées, mais ne sont pas résumées ici.

a Certains produits protéiques sont conservés.

Bien que le RTT affecte principalement les filles, la grande majorité des études publiées chez la souris se déroulent chez des hémizygotes. Mecp2 souris mâles mutantes, car elles présentent un phénotype plus cohérent au début de la vie. Alors que la femme Mecp2 les souris mutantes sont plus pertinentes sur le plan clinique, le XCI aléatoire chez les femelles de rongeurs provoque une distorsion de l'expression des gènes, ce qui entraîne de grandes variations dans la présentation des phénotypes, ce qui rend difficile la séparation des phénotypes issus de voies cellulaires autonomes et non autonomes [121]. Les modèles de souris mâles les plus couramment utilisés, Mecp2 tm1.1Oiseau et Mecp2 tm1.1Jae , présentent systématiquement des phénotypes manifestes à l'âge de quatre à six semaines et meurent entre 8 et 12 semaines [117,120]. Bien que Mecp2 les souris null sont asymptomatiques avant l'âge de quatre semaines, il existe des défauts subtils mais constants de transcription, de signalisation des récepteurs ionotropes et de réactivité neuronale au cours de l'embryogenèse tardive et de la période périnatale [122-124]. À l'âge de quatre semaines, les souris nulles commencent à développer une démarche non coordonnée, une hypoactivité, des tremblements, une étreinte des membres postérieurs rappelant les stéréotypies de la main observées chez les patients RTT et une respiration irrégulière. Ces phénotypes progressent en sévérité jusqu'à la mort. Le soma et les noyaux de Mecp2 Les neurones mutants de l'hippocampe, du cortex cérébral et du cervelet sont plus petits et plus denses que chez les congénères de type sauvage, ce qui donne probablement naissance à un cerveau plus petit [120].

Curieusement, le poids corporel en Mecp2 les souris nulles diffèrent selon les antécédents génétiques mâles Mecp2 tm1.1Oiseau Les souris /Y sur fond C57BL/6J présentent une insuffisance pondérale substantielle à l'âge de quatre semaines par rapport à leurs congénères de type sauvage. Sur une souche 129S6/SvEvTac, les mâles montrent un effet inverse : Mecp2 tm1.1Oiseau Les souris /Y ont le même poids que leurs congénères de type sauvage jusqu'à l'âge de huit semaines, lorsqu'elles deviennent significativement plus lourdes que leurs frères et sœurs [117]. Dernièrement, Mecp2 tm1.1Oiseau /Les souris Y sur fond CD1 pèsent légèrement moins que les souris de type sauvage au début de leur vie, mais atteignent un poids normal à l'âge de six à sept semaines [125].

Les souris femelles hétérozygotes ne présentent également aucun symptôme au début, mais deviennent hypoactives et commencent à s'accrocher aux membres postérieurs à trois mois. À l'âge de neuf mois, environ 50 % des femelles hétérozygotes développent les mêmes phénotypes que leurs homologues nuls, mais certaines femelles restent asymptomatiques à 1 an. Par conséquent, les femelles ont une durée de vie qui permet la reproduction, ce qui suggère que l'état hétérozygote peut présenter une stabilité à long terme, comme le montre le RTT [117]. Il est intéressant de noter que les souris femelles hétérozygotes de tous horizons génétiques, ainsi que les rats femelles, deviennent significativement en surpoids en vieillissant [115,117,125], bien que les humains avec RTT aient un large indice de masse corporelle [15].

En plus des modèles murins de suppression, plusieurs allèles ont été conçus pour récapituler cliniquement pertinents et communs MECP2 mutations chez les patients humains. Les souris avec ces allèles ont tendance à présenter des phénotypes neurologiques plus légers et plus tardifs par rapport aux souris Mecp2 tm1.1Oiseau allèle nul, et la plupart ne récapitulent pas le phénotype complet de la maladie (résumé dans le tableau 3) [70,71,126-138]. Dans un effort pour distinguer la cause de phénotypes spécifiques, Mecp2 a également été délétée sous condition de différents types cellulaires et tissus [139-142].Un certain nombre de délétions conditionnelles dans différents sous-ensembles de neurones mettent en évidence le rôle essentiel de MeCP2 dans la fonction neuronale, mais leur présentation plus douce suggère des rôles supplémentaires en dehors du SNC (examiné dans [143]).

Les patients RTT présentent une morphologie neuronale anormale, mais pas de mort neuronale, ce qui légitime la possibilité que les cellules déficientes en MeCP2 défectueuses puissent récupérer [144]. Dans une étude marquante, Guy et al. obtenu une inversion des symptômes dans Mecp2 souris mutantes suite à l'apparition d'un dysfonctionnement moteur et de déficits neurologiques. Les Mecp2 tm2BirdFloxedStop’ allèle, dans lequel un saumon fuméP-STOP-Neo-saumon fuméLa cassette P a été insérée dans l'intron en amont de l'endogène Mecp2 exon 3, a été croisé avec des souris portant une recombinase Cre fusionnée au récepteur des œstrogènes (OR). L'injection de tamoxifène (TM) a provoqué la translocation de Cre-ER vers le noyau et la suppression de la cassette FloxedStop pour réactiver le Mecp2 gène [145]. FloxedStop/Y les souris mâles se comportaient comme Mecp2 tm1.1Oiseau Les souris /Y ont développé des symptômes de type RTT entre quatre et six semaines et ont survécu environ 10 semaines en moyenne. Injections de TM chez des souris présentant des symptômes neurologiques avancés et des anomalies respiratoires restaurées Mecp2 expression à 80% des niveaux de type sauvage. Remarquablement, la restauration de l'expression de MeCP2 a inversé les symptômes : les évaluations neurologiques et la santé globale se sont améliorées et 80 % des animaux traités par la MT ont survécu au-delà de 30 semaines (fin de l'étude). De même, symptomatique FloxedStop/+ Les souris femelles hétérozygotes ont montré une amélioration significative des symptômes lors de l'injection de TM, y compris une réduction du poids corporel [145]. Cette découverte cruciale a montré que l'absence développementale de MeCP2 n'endommage pas de manière irréversible les neurones, insufflant l'espoir que l'inversion des symptômes est possible chez les patients RTT.

5. MeCP2 module la transcription en pontant l'ADN avec des complexes régulateurs

En 2001, Kokura et al. [83] ont d'abord démontré que MeCP2 se lie au complexe co-répresseur NCoR1/SMRT. NCoR1 et SMRT sont des protéines hautement homologues qui sont recrutées dans la chromatine pour réprimer la transcription en agissant comme une protéine d'échafaudage pour d'autres récepteurs nucléaires, les protéines de liaison à l'ADN et les histones désacétylases [146]. L'un des rôles du complexe NCoR1/SMRT est de recruter l'histone désacétylase 3 (HDAC3) dans l'ADN, ce qui élimine les marques d'acétyle d'histone, ce qui entraîne un état de chromatine fermé [147, 148]. Les autres membres de ce complexe comprennent le suppresseur de voie de la protéine G 2 (GPS2), la transducine bêta-like 1 (TBL1) et la transducine bêta-like 1 apparentée (TBLR1) [149]. L'interaction de MeCP2 avec le complexe NCoR1/SMRT a été réexaminée plus d'une décennie plus tard lorsque Lyst et al. [70] ont cherché à identifier des partenaires de liaison de MeCP2. La protéine MeCP2 a été purifiée à partir du cerveau de souris rapporteurs avec une protéine fluorescente verte améliorée (eGFP) insérée dans l'UTR 3' du Mecp2 gène (Mecp2 tm3.1Bird ) et la spectrométrie de masse a été utilisée pour identifier les protéines associées. Remarquablement, cinq des sept intéracteurs de la protéine MeCP2 identifiés étaient des sous-unités du complexe co-répresseur NCoR1/SMRT [70]. De plus, ce groupe a découvert que l'interaction entre MeCP2 et le complexe NCoR1/SMRT était facilitée par le domaine d'interaction NCoR1/SMRT (NID) situé aux acides aminés MeCP2 285 à 309 [70,71]. MeCP2 se lie aux membres du complexe TBL1 et TBLR1 au niveau de ces résidus via un domaine WD40, contrairement à d'autres recruteurs NCoR1/SMRT qui interagissent directement avec les protéines d'échafaudage NCoR1/SMRT [150]. Ces découvertes ont conduit à un modèle dans lequel MeCP2 sert de pont entre l'ADN méthylé et le complexe corépresseur, ancrant le complexe NCoR1/SMRT à l'ADN via son NID et MBD, respectivement. Il est émis l'hypothèse que la rupture de ce pont entraîne une hyperacétylation des histones et un état ouvert de la chromatine, augmentant ainsi la transcription des gènes cibles (figure 3). Malgré cela, des études de profilage transcriptionnel utilisant le cerveau entier Mecp2Les souris /Y n'ont pas révélé de changements spectaculaires dans l'expression des gènes [151,152], peut-être parce que la nature hautement hétérogène du cerveau masque des perturbations importantes dans les sous-populations de cellules.

Figure 3. MeCP2 ancre le NCoR/SMRT à l'ADN méthylé. Dans les cellules saines, MeCP2 se lie aux dinucléotides CpG méthylés (cercles oranges) et recrute le complexe co-répresseur NCoR1/SMRT-HDAC3 aux sites de régulation entourant les loci cibles. HDAC3 supprime les marques d'acétylation des histones environnantes pour compacter la chromatine et empêcher la transcription des gènes cibles. Dans Mecp2 cellules mutantes, le complexe NCOR1/SMRT-HDAC3 ne peut pas se lier à l'ADN méthylé, ce qui entraîne un état de chromatine ouverte et une transcription accrue des gènes. Les gènes cibles connus du complexe dans le foie comprennent Sqle et d'autres enzymes de lipogenèse. Les cibles dans le cerveau restent inconnues.

Les mutations faux-sens causant le RTT se regroupent dans le MBD et le NID, soulignant l'importance de ces deux régions de MECP2 en pathologie RTT [153]. Au sein du NID se trouve un hotspot mutationnel de MeCP2 entre les acides aminés 302 et 306 [70, 154]. R306C est l'une des mutations RTT les plus courantes, et cet allèle a été modélisé chez la souris pour déterminer la pertinence biologique du complexe corépresseur NCoR1 dans le RTT (tableau 3) [68]. À l'âge de six semaines, l'homme Mecp2 R306C les souris développent des tremblements, une hypoactivité, une contraction des membres postérieurs et des défauts d'activité motrice. Cinquante pour cent de Mecp2 R306 les souris ne survivent pas au-delà de 18 semaines et meurent toutes avant 25 semaines [70]. Le mutant R306C MeCP2 a un MBD intact, qui se lie à l'hétérochromatine méthylée. Cependant, la mutation désactive le NID, empêchant MeCP2 de se lier à TBL1 ou TBLR1, et donc au complexe qui contient NCoR1 et HDAC3, ce qui perturbe la répression transcriptionnelle médiée par MeCP2. Cela suggère que l'interruption de l'interaction complexe MeCP2-NCoR1/SMRT seule est capable de provoquer des phénotypes de type RTT.

Pour tester le rôle principal de l'interaction MeCP2-NCoR/SMRT1, l'effet d'une protéine MeCP2 radicalement tronquée a été examiné pour l'inversion des symptômes chez la souris [155]. Des souris ont été générées exprimant une protéine MeCP2 constituée uniquement des régions MBD, NID et de liaison courte, tandis que toutes les autres séquences d'acides aminés de MeCP2 ont été supprimées. Remarquablement, les souris exprimant cette protéine tronquée ne développent que des symptômes légers de type RTT et ont une durée de vie normale. De plus, la réactivation génétique ou l'administration virale de cette protéine MeCP2 minimale prévient ou atténue les symptômes chez Mecp2-souris déficientes pré-symptomatiques ou post-symptomatiques, respectivement. Cela suggère qu'un rôle très important de MeCP2 est de lier l'ADN au complexe NCoR1/SMRT.

6. Un écran de mutagenèse chez la souris relie MeCP2 au métabolisme des lipides

Tandis que Mecp2 les souris mutantes sont un excellent modèle pour le RTT, l'élimination de MeCP2 affecte l'expression d'un nombre important de voies dans le SNC, ce qui rend difficile l'identification de celles qui jouent un rôle clé en pathologie [77, 89, 90]. Pour cette raison, Buchovecky et al. [156] ont utilisé un dépistage de suppresseur génétique direct non biaisé dans Mecp2 des souris null pour identifier les mutations qui soulagent les symptômes du RTT, qui pourraient être exploitées comme cibles potentielles de traitement. Le dépistage génétique est un outil puissant pour détecter les voies impliquées dans l'étiologie de la maladie indépendamment de a priori hypothèses. Curieusement, une mutation non-sens dominante a été trouvée dans la squalène époxydase (Sqle), une enzyme de biosynthèse de la monooxygénase et du cholestérol limitant la vitesse, qui nécessite un donneur d'électrons des mitochondries pour sa fonction [157]. Cette mutation dans Sqle amélioration des phénotypes moteurs de type RTT, de la santé globale et de la durée de vie chez Mecp2 souris mâles nulles [156]. Cela a suscité la question : le métabolisme du cholestérol est-il perturbé dans Mecp2 souris mutantes ?

Le cholestérol est un composant fondamental de toutes les cellules [158,159]. Alors que le foie est le principal fabricant de cholestérol pour le corps, le cholestérol est également un composant majeur du cerveau, où il agit dans le trafic membranaire, la transduction du signal, la formation de myéline, le remodelage des dendrites, la formation de neuropeptides et la synaptogenèse [160]. Surtout, le cholestérol ne peut pas traverser la barrière hémato-encéphalique (BHE), donc tout cholestérol dont le cerveau a besoin doit être synthétisé in situ [161]. Par conséquent, le cerveau a des voies de synthèse du cholestérol complexes et étroitement régulées avec de multiples axes d'autorégulation. Trop ou trop peu de cholestérol est préjudiciable et a des conséquences négatives sur la cognition, la mémoire et la motricité. Pour maintenir l'homéostasie, le cholestérol peut être converti en oxystérol 24(S)-hydroxycholestérol (24S-OHC) par l'enzyme spécifique du neurone CYP46A1 (figure 4une) [162]. Les oxystérols peuvent traverser les membranes lipophiles plus facilement que le cholestérol, permettant une sortie à sens unique à travers la BHE et dans le corps [163].

Figure 4. Le métabolisme du cholestérol est perturbé dans Mecp2 souris mutantes. (une) Chez la souris sauvage, le cerveau produit du cholestérol in situ car le cholestérol ne peut pas passer la barrière hémato-encéphalique (BHE). L'acétyl-CoA entre dans la voie de biosynthèse du cholestérol pour fabriquer du cholestérol qui a de nombreuses fonctions essentielles (triangles verts). L'enzyme CYP46A1 convertit l'excès de cholestérol en 24S-hydroxycholestérol (24S-OHC) pour une sortie à sens unique à travers la BBB. Le foie participe à la biosynthèse du cholestérol pour fournir du cholestérol aux autres tissus du corps. (b) En pré-symptomatique Mecp2 souris null (3-4 semaines), une expression accrue des gènes de biosynthèse du cholestérol dans le cerveau conduit à des niveaux élevés de cholestérol cérébral. Par conséquent, l'expression de Cyp46a1 est augmenté, indiquant un besoin accru de renouvellement du cholestérol. En dehors du système nerveux central, le cholestérol sérique est élevé et l'expression des gènes de biosynthèse du cholestérol est élevée dans le foie. (c) Dans symptomatique Mecp2 souris null (8-10 semaines), le cerveau est plus petit en raison du manque de Mecp2. La biosynthèse du cholestérol diminue considérablement dans le cerveau, probablement en raison de la rétroaction de 24S-OHC. En raison de la diminution de la synthèse, le cholestérol cérébral reste élevé, mais pas aussi élevé qu'à un âge plus jeune (flèche rouge plus petite). Le cholestérol et/ou les triglycérides sériques peuvent également être élevés, en fonction du bagage génétique. Les triglycérides s'accumulent dans le foie et une stéatose hépatique se développe, comme l'indique le foie pâle.

Les anomalies de l'homéostasie des lipides du cerveau sont associées à des troubles du développement et des maladies du vieillissement. Les patients Neimann-Pick de type C accumulent du cholestérol dans le cerveau et les tissus périphériques, et présentent des symptômes similaires à ceux du RTT tels que la perte des compétences verbales acquises et le manque de coordination motrice [164]. Les patients atteints du syndrome de Smith-Lemli-Opitz développent une microcéphalie, une fente labiale/palatine, des anomalies hépatiques et des comportements autistiques en raison d'une carence en 7-déhydrocholestérol, permettant l'accumulation toxique d'intermédiaires de cholestérol [165]. De plus, une homéostasie aberrante du cholestérol a été impliquée dans le syndrome de l'X fragile [166], la sclérose latérale amyotrophique [167], les maladies d'Alzheimer [168], de Parkinson [169] et de Huntington [170]. Cependant, les anomalies lipidiques n'avaient jamais été décrites auparavant dans le RTT et on ne savait pas si le cholestérol jouait un rôle principal dans la pathologie de la maladie.

Étonnamment, Buchovecky et al. [156] ont trouvé que l'homéostasie du cholestérol est perturbée Mecp2 cerveau de souris nul. Pré-symptomatique, Mecp2 le cholestérol nul du cerveau entier est élevé, et Cyp46a1 l'expression est augmentée de 38 % par rapport aux niveaux de type sauvage, ce qui indique un besoin accru de renouvellement du cholestérol dans les neurones [156] (figure 4b). Post-symptomatique, la surproduction de cholestérol diminue la synthèse des stérols dans Mecp2 cerveaux nuls en raison de la rétroaction réglementaire [156,171] (figure 4c).

Notamment, les phénotypes métaboliques diffèrent par Mecp2 souris nulles à travers les antécédents génétiques. Alors que les deux 129.Mecp2 tm1.1Oiseau souris et B6.Mecp2 tm1.1Jae les souris présentent une diminution de la synthèse des stérols dans le cerveau, des taux élevés de cholestérol et de triglycérides dans le sérum et le foie ne sont observés que chez 129.Mecp2 tm1.1Oiseau souris [156]. De plus, CD1.Mecp2 tm1.1Oiseau les souris ont une augmentation des triglycérides sériques sans changement correspondant du cholestérol sérique [125]. La souche consanguine C57BL/6 J et les sous-souches 129/Sv gèrent différemment le métabolisme périphérique du cholestérol, probablement en raison de différences dans le transport des produits de dégradation du cholestérol [172]. Ensemble, ces données suggèrent que la synthèse cérébrale perturbée du cholestérol est une caractéristique commune de Mecp2 souris null cependant, il est probable que le fond génétique contribue à la Mecp2 phénotype métabolique périphérique nul.

Ces résultats différentiels chez la souris suggèrent que les marqueurs lipidiques périphériques ne seraient pas élevés chez tous les patients. De manière cohérente, seul un sous-ensemble de patients RTT présente une augmentation du cholestérol sérique et/ou des triglycérides [15,16,173]. En dehors du SNC, les stérols sont les précurseurs des hormones stéroïdes, des acides biliaires et de la vitamine D. Fait intéressant, certains patients atteints de RTT présentent des anomalies osseuses, de graves problèmes gastro-intestinaux et des troubles des voies biliaires [174-176]. Comme les perturbations de l'homéostasie lipidique peuvent influencer à la fois les symptômes neurologiques et non neurologiques du RTT, la mesure des paramètres lipidiques peut servir de biomarqueur non invasif et peu coûteux pour identifier les patients RTT susceptibles de bénéficier de traitements ciblant le métabolisme lipidique.

7. MeCP2 régule le métabolisme des lipides avec NCoR1/SMRT-HDAC3

Notamment, le complexe corépresseur NCoR1/SMRT est un élément important dans la régulation du contrôle diurne du métabolisme énergétique. Pendant le cycle de jeûne, le complexe NCoR1/SMRT-HDAC3 occupe au maximum la chromatine des hépatocytes, réprimant l'expression des gènes impliqués dans la synthèse et la séquestration des lipides. Cependant, au cours du cycle d'alimentation, il libère de la chromatine, permettant l'expression de ses loci ciblés [177]. Cette oscillation de liaison régit le basculement entre l'utilisation des lipides et du glucose dans les hépatocytes. Souris avec une délétion spécifique du foie de Hdac3 afficher une expression accrue de de novo enzymes de lipogenèse dues à un environnement transcriptionnel constitutivement actif, entraînant une stéatose hépatique et une élévation du cholestérol sérique [178,179]. Dans l'ensemble, le complexe NCoR1/SMRT-HDAC3 orchestre la lipogenèse et sa perturbation conduit à une homéostasie lipidique perturbée. Par conséquent, il était prévu que la perte de MeCP2, le pont fonctionnel entre NCoR1/SMRT-HDAC3 et l'ADN, conduirait à une dérégulation transcriptionnelle de la lipogenèse et des perturbations métaboliques chez la souris. A l'appui de cela, Sqle, le suppresseur de phénotypes de type RTT chez la souris, est une cible de HDAC3, et sa transcription augmente d'environ 170 fois en réponse à Hdac3 délétion hépatique [156,178].

En effet, Kyle et al. [180] a montré que Mecp2 les souris mutantes développent une dyslipidémie sévère due à une transcription aberrante des enzymes de lipogenèse dans le foie, car MeCP2 interagit avec le complexe NCoR1/SMRT-HDAC3 pour réprimer la transcription des gènes lipogéniques. La perte de MeCP2 diminue la liaison de HDAC3 à l'ADN, ce qui entraîne des histones hyperacétylées, et augmente la transcription de nombreux gènes régulateurs des lipides. Fait intéressant, la délétion spécifique du foie de Mecp2 (B6.Mecp2 tm1Bird /OuiAlb-Cré) entraîne également une augmentation de la transcription enzymatique lipogénique [180]. Semblable à Mecp2 souris nulles et une délétion spécifique du foie de Hdac3, ces souris développent une dyslipidémie, une stéatose hépatique et une maladie métabolique. Ces résultats soutiennent un rôle autonome des hépatocytes pour Mecp2 dans la coordination de la répression des enzymes des voies de biosynthèse du cholestérol et des triglycérides et montrent que la perte de Mecp2 du foie est suffisant pour provoquer une maladie métabolique chez la souris. Notamment, il est peu probable que la souche de fond influence le rôle de MeCP2 dans la régulation de la synthèse des lipides hépatiques, à la fois 129.Mecp2 tm1.1Oiseau et B6.Mecp2 tm1Bird /Oui Alb-Cré les souris ont montré un métabolisme lipidique perturbé.

8. Les statines hypocholestérolémiantes peuvent être réutilisées pour traiter le RTT

Considérant que le métabolisme du cholestérol est perturbé dans Mecp2 souris, il était possible qu'un traitement pharmacologique avec des médicaments hypocholestérolémiants (statines) améliore les symptômes. Le principal mécanisme d'action des statines consiste à inhiber de manière compétitive la 3-hydroxy-3-méthylglutaryl coenzyme A réductase (HMGCR), une étape limitante de la biosynthèse du cholestérol [181], réduisant ainsi efficacement la production endogène de cholestérol. En raison du rôle prépondérant du cholestérol dans les maladies cardiovasculaires, les statines sont médicalement prescrites pour prévenir l'athérosclérose. Cependant, les statines sont associées à d'autres effets secondaires améliorant la maladie, tels que la réduction de l'inflammation [182,183], et des effets secondaires négatifs, tels que la faiblesse musculaire [184] et la perte de mémoire aiguë [185]. En raison de leur sécurité relative, des études récentes ont exploré comment les statines peuvent être réutilisées pour traiter les maladies non cardiovasculaires, notamment le syndrome de l'X fragile et la neurofibromatose de type I [186,187].

Remarquablement, le traitement avec la fluvastatine ou la lovastatine améliore les scores de santé subjectifs, les performances motrices (mesurées par l'activité rotarod et en plein champ) et augmente la durée de vie de 129.Mecp2 tm1.1Oiseau souris mutantes mâles et femelles par rapport aux souris témoins recevant un véhicule [156]. La lovastatine est la plus lipophile de ces statines, augmentant la probabilité de traverser la BHE et d'entrer dans le cerveau. Même ainsi, le traitement avec l'une ou l'autre des statines améliore l'homéostasie du cholestérol dans le cerveau des Mecp2 souris mutantes, abaisse le cholestérol sérique et améliore l'accumulation de lipides dans le foie. Fait intéressant, la lovastatine n'a pas d'effet thérapeutique puissant sur B6.Mecp2 tm1.1Oiseau souris mâles, soutenant l'idée que des lipides périphériques élevés peuvent être un biomarqueur pour les patients susceptibles de répondre aux statines [188]. Néanmoins, ces résultats soutiennent l'idée que le métabolisme des lipides, une voie qui offre de nombreuses possibilités d'intervention médicamenteuse ou diététique, pourrait être exploité pour améliorer les symptômes dans un sous-ensemble de patients RTT [156]. Surtout, ces résultats ont conduit à un essai clinique de phase 2 pour le traitement pharmacologique du RTT avec la lovastatine (NCT02563860).

9. Implications pour la compréhension et le traitement des troubles neurologiques de l'enfance

Le syndrome de Rett reste un trouble difficile à comprendre et à traiter, en grande partie parce que MeCP2 est essentiel à la régulation de l'expression des gènes dans de nombreux tissus et types de cellules. Plus de 60 ans après la description du RTT comme une maladie métabolique du système nerveux, nous avons enfin compris certains aspects métaboliques de la pathologie (résumés dans la figure 5). Malgré cela, les paramètres métaboliques varient considérablement au sein de la population de patients RTT et entre les différentes souches de souris, ce qui indique que la variation génétique peut jouer un rôle important dans la pénétrance des symptômes métaboliques.

Figure 5. Composantes métaboliques du syndrome de Rett. Troubles métaboliques courants observés chez les patients RTT (carrés bleus), Mecp2-modèles de souris mutantes (triangles verts) qui peuvent être une caractéristique d'une maladie humaine, ou à la fois chez l'homme et la souris (cercles roses). Notez que les paramètres métaboliques peuvent varier au sein de la population de patients ou entre différentes souches de souris : par exemple, l'hyperammoniémie a été trouvée dans un sous-ensemble de patients, mais a été abandonnée comme critère de diagnostic car elle n'était pas courante. De tels résultats suggèrent que la variation génétique peut jouer un rôle important dans la pénétrance de toutes les caractéristiques diagnostiques, sauf les principales.

Dans les neurones, MeCP2 sert de pont entre le complexe NCoR1/SMRT-HDAC3 et l'ADN pour faciliter la répression transcriptionnelle, et les mutations qui affectent la liaison de MeCP2 au complexe provoquent le RTT. Alors que les deux Ncor1 et Hdac3 les souris null meurent en tant qu'embryons, une délétion spécifique aux neurones de Hdac3 produit des souris viables qui développent progressivement un phénotype très similaire à celui de Mecp2 souris null incluant une coordination motrice anormale, une sociabilité réduite et des défauts cognitifs [189]. Ces données suggèrent qu'au moins un sous-ensemble de phénotypes de type RTT dans Mecp2 les souris mutantes sont causées par la perte de HDAC3 dans les neurones. De plus, le rôle du NCoR1/SMRT-HDAC3 dans la régulation de la lipogenèse dans le Mecp2 foie de souris soulève des questions intéressantes sur le rôle de ce complexe dans la régulation des lipides dans le cerveau. Les études de biochimie ont largement échoué à trouver des cibles de régulation génétique définitives, en partie parce que MeCP2 se lie à l'ADN à des niveaux rivalisant avec les octamères d'histones [190]. De plus, le cerveau est un organe complexe avec de nombreux types de cellules différents à divers stades d'activité, ce qui rend les études sur l'ensemble du cerveau difficiles à interpréter. Il est probable qu'à certains moments et dans des cellules spécifiques, MeCP2 soit nécessaire pour ancrer le complexe NCoR1/SMRT-HDAC3 à l'ADN, régulant la production de lipides dans certaines cellules du cerveau comme du foie.

Comme la synthèse du cholestérol est un processus coûteux en ressources, les données actuelles suggèrent que les neurones nouveau-nés doivent produire du cholestérol d'une manière cellulaire autonome, mais à mesure qu'ils mûrissent, ils sous-traitent la production aux astrocytes (examiné dans [160, 191]). Fait intéressant, les neurones de type sauvage ont une morphologie dendritique anormale lorsqu'ils sont co-cultivés avec des astrocytes déficients en MeCP2, alors que les neurones déficients en MeCP2 ont une morphologie dendritique normale lorsqu'ils sont co-cultivés avec des astrocytes de type sauvage [192]. De plus, la suppression de MeCP2 des cellules gliales induit un phénotype de type RTT et la réintroduction de MeCP2 dans les astrocytes de Mecp2 Les souris null utilisant GFAP-Cre améliorent les symptômes et restaurent la morphologie dendritique [193,194]. Ces données pourraient s'expliquer par l'hypothèse qu'à un moment donné du développement, la synthèse du cholestérol est réduite dans un sous-ensemble de neurones, et est plutôt fournie par les astrocytes dans le cerveau RTT, cette régulation négative ne se produit pas, conduisant à une accumulation de lipides [160]. Certes, cette possibilité peut également expliquer la différence dans le moment de l'apparition des symptômes chez la souris et l'homme, car la régulation négative de la synthèse du cholestérol dans les neurones précède de peu l'apparition des symptômes de type RTT chez la souris. Les nouvelles approches fournies par les technologies génomiques unicellulaires peuvent apporter des réponses définitives à cette possibilité.

La dérégulation métabolique dans le RTT et d'autres maladies peut avoir des conséquences importantes sur les systèmes en aval. Lorsqu'un bras du métabolisme est perturbé, il affecte chaque voie de connexion, y compris le glucose, les lipides, les acides aminés, l'azote et le métabolisme respiratoire mitochondrial. Sans surprise, les patients RTT et Mecp2 les souris mutantes ont des réponses anormales aux tests de tolérance au glucose, et les souris mutantes sont également résistantes à l'insuline [180,195]. Parce que Mecp2 les souris métabolisent préférentiellement les graisses plutôt que le glucose comme principale source d'énergie, il est probable que d'autres systèmes de détection d'énergie soient affectés. Plus précisément, le métabolisme énergétique affecte la modification post-traductionnelle des protéines avec O-linked N-acétylglucosamine (O-GlcNAc), un régulateur épigénétique axé sur les nutriments [196,197]. La régulation de la O-GlcNAc est nécessaire pour de nombreuses protéines impliquées dans la neurogenèse, et la perturbation de la modification de la protéine O-GlcNAc a déjà été associée à de nombreuses maladies neurologiques, dont la maladie d'Alzheimer [196,198]. Une homéostasie cérébrale anormale du glucose et des lipides est également associée au stress oxydatif dans la maladie d'Alzheimer [199]. Les patients RTT ont une charge oxydative accrue et une structure mitochondriale anormale, tandis que les modèles animaux RTT présentent des défauts dans la chaîne respiratoire mitochondriale [23,26,200-202] et des changements oxydatifs dans le cerveau [203]. De plus, un métabolisme lipidique anormal est directement lié à l'inflammation [204], qui est une composante de la pathologie dans les cas typiques et atypiques de RTT [205]. Notamment, MeCP2 réprime directement Irak1 et la régulation négative de la voie NF-κβ améliore les symptômes chez Mecp2 souris nulles [206].

La compréhension des aspects métaboliques de la pathologie RTT révèle des interventions thérapeutiques potentielles. Les statines ne représentent qu'une seule famille de nombreux modulateurs métaboliques développés pour traiter l'accumulation de lipides ou la résistance à l'insuline dans le diabète de type II, qui peuvent être réutilisés pour traiter le RTT. Chaque année, de nouveaux traitements médicamenteux sont testés dans Mecp2 des modèles animaux qui sauvent différents aspects des phénotypes RTT. Par exemple, le traitement de Mecp2 des souris null avec un antagoniste de la protéine-tyrosine phosphatase 1B (PTP1B) qui a été développé pour traiter le diabète de type II prolongeant la durée de vie, diminuant l'étreinte des membres postérieurs et améliorant les performances motrices [207]. De même, Trolox, un dérivé de la vitamine E, a normalisé la glycémie, réduit le stress oxydatif et amélioré le comportement exploratoire chez les Mecp2 souris [208]. De plus, le facteur de croissance analogue à l'insuline (IGF-1) a partiellement sauvé l'activité locomotrice, la fonction respiratoire et la fréquence cardiaque chez Mecp2 souris [209,210]. En plus des statines, des essais cliniques de phase 2 pour le RTT sont en cours pour une liste de thérapies potentielles, notamment l'IGF-1 (NCT01777542), l'EPI-743 (NCT01822249), la triheptanoïne (NCT03059160) et le NNZ-2566 (NCT01703533). Cependant, malgré ces progrès, aucun traitement n'a encore fixé tous les phénotypes chez Mecp2 souris ou s'est avéré efficace pour traiter les symptômes du RTT.

Tandis que MeCP2 a été largement étudiée dans le développement et la maturation du SNC, certains aspects cliniquement significatifs du RTT peuvent survenir indépendamment de MECP2 déficience du système nerveux et doit être pris en compte lors de la planification de toute stratégie de traitement. Compte tenu de l'association entre MeCP2 et HDAC3, les inhibiteurs non spécifiques de HDAC, couramment prescrits pour l'entretien des crises, doivent être abordés avec prudence en tant que traitement dans le RTT. De plus, les patients RTT et Mecp2 les souris mutantes présentent un syndrome métabolique [15,180], un stress oxydatif [27,29], des anomalies cardiaques [211,212], une diminution de la densité osseuse [174,213] et un dysfonctionnement urologique [214,215]. Alors que la thérapie génique ciblant le SNC devient une approche thérapeutique plus réaliste, le déficit périphérique en MeCP2 doit plus que jamais être pris en compte car ces symptômes sont susceptibles de persister après un traitement génétique ciblé sur le cerveau.

De plus, les mutations chez les membres du complexe NCoR1/SMRT-HDAC3 devraient être examinées pour des rôles dans d'autres maladies neurologiques infantiles. Déjà, des mutations dans d'autres composants du complexe, TBLR1 et TBL1, ont été associées à l'autisme, à la déficience intellectuelle, au syndrome de Pierpont, un trouble caractérisé par un retard de développement et une distribution anormale des graisses dans les membres distaux, et le syndrome de West, un trouble avec RTT- comme des caractéristiques [216-219]. Notamment, six de ces mutations dans TBLR1 ont été mappées sur le domaine WD40 de la protéine et ont perturbé la liaison MeCP2 [150]. Par conséquent, la fonction transcriptionnelle du complexe NCoR1/SMRT pourrait représenter un mécanisme partagé pour les troubles du spectre autistique et d'autres affections neurologiques. Comparaison du transcriptome de souris avec des délétions génétiques de Mecp2 et les membres du complexe NCoR1/SMRT-HDAC3 peuvent offrir une liste complète de gènes régulés par cette interaction qui peuvent être étudiés pour mieux comprendre la pathologie de la maladie et exploités pour développer des traitements potentiels. Dans l'ensemble, les progrès dans la compréhension de la base mécanistique de la pathologie RTT continueront d'informer d'autres maladies neurologiques et mécanismes épigénétiques complexes.


Épidémiologie des toxines cardiovasculaires

Churchill Lukwiya Onen, dans Cœur et toxines, 2015

1.2.2 Plantes contenant des glycosides cardiaques

Le groupe diversifié de plantes qui contiennent des glycosides cardiaques comprend Digitalis purpurea , Digitalis lanata, Nerium oleander, Thevetia peruviana, et Strophanthus gratus. Les graines ont la concentration la plus élevée de glycoside (4,8 %), tandis que les feuilles, les fruits et le lait des plantes contiennent respectivement environ 0,07 %, 0,045% et 0,036% de glycoside. Les Égyptiens et les Romains de l'Antiquité utilisaient depuis longtemps des plantes contenant des glycosides cardiaques comme émétiques et pour les maladies cardiaques. Cependant, leur toxicité n'a été reconnue qu'en 1785 après la publication séminale de William Withering. 7 Dans d'autres pays, le laurier rose a été utilisé comme plante médicinale pour le traitement de la lèpre, de la teigne, du paludisme et des maladies sexuellement transmissibles, et comme abortif et apéritif. La toxicité peut survenir lors de la consommation de thés infusés à partir de parties de plantes ou après avoir consommé des feuilles, des fleurs, des fleurs, de la sève, des baies ou des graines de plantes contenant des glycosides cardiaques ou lors d'une auto-administration thérapeutique inappropriée d'extraits de plantes ou lors de tentatives de suicide. Les manifestations toxiques sont identiques à celles d'un surdosage en digoxine et comprennent des nausées, des vomissements, de la diarrhée, des rythmes cardiaques anormaux, des dysfonctionnements du nœud sinusal, des blocs auriculo-ventriculaires et des contractions ventriculaires prématurées.

L'ingestion de plantes contenant des glycosides cardiaques serait rare aux États-Unis. Sur les 1,33 million d'expositions à des substances non pharmaceutiques signalées à l'Association américaine des centres antipoison en 2006, seulement 1405 (0,1 %) étaient dues à des expositions à des plantes contenant des glycosides cardiaques. 8 Au Sri Lanka et en Inde, augmentation de l'ingestion suicidaire ou parasuicidaire de laurier-rose jaune (Thevetia peruviana) est associée à une létalité de 5 à 10 % chez les victimes non traitées. 9 La toxicité se produit avec des taux sériques de digoxine de >15 ng/ml. La détection de l'empoisonnement à la digoxine par les glycosides cardiaques d'origine végétale est difficile et compliquée à interpréter, et les analyses peuvent ne pas détecter toutes les formes végétales des glycosides cardiaques. 10 L'identification botanique de la plante suspectée est utile. La morbidité liée aux glycosides cardiaques est aggravée par l'âge avancé, la dysfonction rénale, l'ischémie myocardique, l'hypothyroïdie, l'hypoxie et les déséquilibres électrolytiques, en particulier l'hypokaliémie, l'hyperkaliémie, l'hypomagnésémie et l'hypercalcémie. Les déterminants spécifiques aux plantes de la morbidité liée à l'empoisonnement cardiaque aux glycosides comprennent les espèces végétales, la partie de la plante ingérée, le type spécifique de glycoside contenu et la concentration de glycoside dans les parties de la plante ingérées, mais la mortalité est rare.

La toxicité aiguë de la digoxine survient souvent chez les patients plus jeunes et est associée à un risque de mortalité plus faible. Les patients âgés ont un risque de mortalité plus élevé, en particulier ceux présentant une toxicité chronique de la digoxine et des comorbidités telles que les maladies cardiaques et rénales. La prévention d'une exposition supplémentaire au glycoside cardiaque d'origine végétale comprend l'élimination des parties de la plante, en particulier chez les patients ayant des tendances suicidaires. La destruction des sources végétales, les mesures dissuasives pour minimiser l'accès humain à ces plantes et l'éducation du public concernant les dangers liés à l'utilisation non judicieuse des plantes contenant des glycosides cardiaques sont des stratégies de santé publique appropriées. Des politiques contre les compléments alimentaires botaniques potentiellement nocifs sont préconisées. 11


Microbiote en pathologie fongique des insectes

Des progrès significatifs ont été réalisés dans la caractérisation biochimique et génétique de l'interaction hôte-pathogène médiée par les champignons pathogènes des insectes, les plus étudiés étant les champignons Ascomycètes (Hypocrealean), Metarhizium robertsii et Beauveria bassiana. Cependant, peu d'études ont examiné les conséquences et les effets des microbes hôtes (insectes), qu'ils soient compatibles ou antagonistes, sur le développement et la survie des champignons entomopathogènes. Les microbes hôtes peuvent agir sur la surface cuticulaire des insectes, dans l'intestin, dans des structures d'hébergement spécialisées pour les microbes d'insectes et dans les cellules, et ils comprennent un large éventail d'exosymbiontes et d'endosymbiontes facultatifs et/ou obligatoires. Le microbiome des insectes diffère selon les stades de développement et en réponse à la nutrition (par exemple, différentes plantes hôtes pour les herbivores) et aux conditions environnementales, y compris l'exposition aux insecticides chimiques. Ici, nous passons en revue les avancées récentes indiquant que les champignons pathogènes des insectes ont développé un éventail de stratégies pour exploiter ou supprimer les microbes hôtes, y compris la production de composés antimicrobiens qui sont exprimés à des étapes discrètes du processus d'infection. Inversement, il existe de plus en plus de preuves que certains insectes ont acquis des microbes qui peuvent être spécialisés dans la production de composés antifongiques pour lutter contre l'infection par des champignons (entomopathogènes). La prise en compte du microbiome des insectes dans la pathologie des insectes fongiques représente une nouvelle frontière qui peut aider à expliquer des aspects écologiques et pathologiques auparavant obscurs de la biologie des champignons entomopathogènes. Ces informations peuvent conduire à de nouvelles approches pour améliorer l'efficacité de ces organismes dans les efforts de lutte antiparasitaire.

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6 IMPACT DE L'HORLOGE CIRCADIENNE DÉSRÉGULÉE SUR LE SYSTÈME CARDIOVASCULAIRE

6.1 L'horloge circadienne dans les cellules cardiovasculaires

Dans le cœur, environ 13 % des gènes et 8 % des protéines présentent une expression rythmique circadienne tout au long de la journée (Thosar, Butler et Shea, 2018). Les gènes circadiens oscillants influencent l'activité des cellules endothéliales, des fibroblastes et des cellules musculaires lisses vasculaires (VSMC Takeda et al., 2007) et aident à maintenir une physiologie cardiovasculaire normale.

Les cellules endothéliales deviennent plus sensibles aux blessures avec des polymorphismes dans Bmal1, augmentant le risque de développer une hypertension (Durgan & Young, 2010 ). Les fibroblastes présentent des oscillations dans les gènes de l'horloge circadienne lorsqu'ils sont cultivés en culture cellulaire (Crnko et al., 2019). Il a été démontré que les CMLV ont des rythmes circadiens synchrones et oscillants tout au long de la journée, stimulés par l'induction de l'angiotensine II, qui est un Zeitgeber pour les CMLV (Nonaka et al., 2001). Les marqueurs de coagulation sanguine affichent des modèles de nuit et de jour. La thrombomoduline, un gène qui régule la coagulation intravasculaire dans les cellules endothéliales vasculaires, présente des oscillations circadiennes. L'oscillation de l'expression du gène de la thrombomoduline a été abolie chez les souris mutantes de l'horloge et a été altérée par la restriction temporelle de l'alimentation, suggérant que son expression est sous le contrôle de l'horloge périphérique (Takeda et al., 2007). Notre groupe a trouvé des gènes d'horloge oscillante dans des cellules progénitrices cardiaques fœtales et adultes humaines. La rythmicité circadienne a influencé leur capacité à proliférer, à tolérer différents facteurs de stress et à sécréter des facteurs paracrines (Du Pre et al., 2017). Enfin, la fonction vasculaire normale du cœur dépend de l'horloge circadienne. Des études animales ont montré que des souris présentant des mutations dans Per2 souffrent d'un dysfonctionnement endothélial, caractérisé par une diminution de la production de NO et de PG vasodilatateurs et une production accrue de vasoconstricteurs (Viswambharan et al., 2007 ). Souris avec mutant Per2 présentent une angiogenèse altérée, une expression accrue des marqueurs de sénescence sur leurs cellules progénitrices endothéliales (EPC) et une circulation sanguine altérée lors de la réponse à l'ischémie (Wang et al., 2008). Vous trouverez d'autres exemples dans les informations complémentaires.

En plus d'être régulée via une entrée neurohumorale, la fréquence cardiaque est également sous le contrôle direct de l'horloge circadienne des cardiomyocytes. Des études de radiotélémétrie ont montré que les cardiomyocytes de souris mutantes d'horloge présentaient une bradycardie et des variations diurnes réduites de la fréquence cardiaque par rapport aux souris WT. La puissance cardiaque était plus élevée chez les souris WT que chez les souris mutantes de l'horloge des cardiomyocytes, sans altération de la fonction mitochondriale des cardiomyocytes (Bray et al., 2008).

Le fonctionnement des rythmes circadiens joue également un rôle dans la protection du cœur contre les dommages induits par le stress. La noradrénaline fonctionne comme un Zeitgeber pour les cardiomyocytes, induit l'expression circadienne de l'isoenzyme déshydrogénase kinase ou de la protéine de découplage-3, qui protège les cardiomyocytes contre les ROS et les dommages myocardiques induits par le stress (Wang et al., 2010). La pression artérielle (PA), essentielle au maintien d'une physiologie cardiovasculaire normale, affiche un rythme, culminant en milieu de matinée et diminuant lentement tout au long de la journée (Floras et al., 1978). Une augmentation de la TA augmente la postcharge sur les cardiomyocytes, stimulant la libération du peptide natriurétique auriculaire (ANP), un agent cardioprotecteur qui protège les cardiomyocytes des dommages causés par l'augmentation de la postcharge (Takeda & Maemura, 2015). Nondipper est un terme pour décrire les personnes qui ne présentent pas de baisse ou de diminution de la TA la nuit. Cette cohorte de personnes est plus susceptible d'avoir une hypertrophie cardiaque ventriculaire gauche et d'avoir un risque accru de mourir d'événements cardiovasculaires (Fagard et al., 2009 ) par rapport aux personnes qui ont une PA normale ou une hypertension diurne/diurne, ce qui prouve encore qu'avoir une pression diurne normale les modèles de PA peuvent contribuer à une physiologie cardiovasculaire normale (Reitz & Martino, 2015).

6.2 Rythmes circadiens en physiopathologie cardiovasculaire

Les maladies cardiovasculaires sont l'une des principales causes de morbidité et de mortalité dans le monde. Il existe de nombreuses preuves expérimentales et cliniques suggérant un lien significatif entre les rythmes circadiens et le développement ou la progression des maladies cardiovasculaires (Rabinovich-Nikitin, Lieberman, Martino et Kirshenbaum, 2019 Figure 4). Les rythmes circadiens synchrones sont essentiels au fonctionnement normal du système cardiovasculaire (Crnko et al., 2019 ). Cependant, dans certains états pathologiques, l'horloge circadienne peut être perturbée. Il existe de plus en plus de preuves épidémiologiques suggérant que des facteurs environnementaux et externes tels que la dépression, l'anxiété, l'isolement social, le travail posté, le bruit et la pollution de l'air peuvent activer le stress oxydatif, augmenter le déséquilibre du système nerveux autonome et le dysfonctionnement vasculaire, ce qui peut conduire au développement de troubles cardiovasculaires. maladies. L'apparition de différentes maladies cardiovasculaires, telles que l'IM, les arythmies ventriculaires et la mort subite d'origine cardiaque, présente des variations diurnes. De plus, le résultat peut également être lié au moment de l'apparition (Reitz & Martino, 2015).

Les travailleurs postés et les personnes souffrant d'apnée du sommeil sont plus susceptibles de développer des maladies cardiovasculaires en raison des perturbations de leurs habitudes de sommeil, ce qui dérègle leurs rythmes circadiens en modifiant le mode d'hétérodimérisation des Bmal1-CLOCK (Reitz & Martino, 2015 ). Il a également été postulé que des changements dans l'apport maximum et minimum dans le contrôle nerveux autonome et sympathique cardiaque vagal contribuent à l'augmentation massive des maladies cardiovasculaires chez les travailleurs postés (Furlan et al., 2000).Les changements dans l'activité mentale et physique pendant la journée influencent les rythmes circadiens de la TA (Degaute, van de Borne, Linkowski et Van Cauter, 1991). Vous trouverez d'autres exemples dans les informations complémentaires.

Comme mentionné précédemment, l'IM aigu (IAM) est plus susceptible de se produire tôt le matin (Takeda & Maemura, 2011). Les mécanismes sous-jacents de cette observation impliquent à la fois les horloges circadiennes centrale et périphérique. La fréquence cardiaque, la vasoconstriction des vaisseaux sanguins et la PA sont toutes élevées le matin, augmentant la demande d'énergie et diminuant le flux sanguin vers le cœur (Kurnik, 1995). L'inhibiteur 1 de l'activateur du plasminogène et d'autres marqueurs de la surface plaquettaire sont également élevés le matin, ce qui contribue également à l'augmentation de l'incidence d'IAM le matin (Tofler et al., 1987). Il a été démontré que les facteurs environnementaux augmentent l'incidence de l'IAM. Il a été démontré que le passage de l'hiver à l'heure d'été perturbe les rythmes circadiens et influence la quantité et la qualité du sommeil d'une personne. L'incidence de l'IAM a augmenté de manière significative 3 semaines après cette réinitialisation externe, avec une différence plus prononcée chez les femmes que chez les hommes (Janszky & Ljung, 2008). Les souris mutantes d'horloge présentaient une infiltration de cellules immunitaires altérée après l'IM, et une diminution de la formation de vaisseaux sanguins a été observée 1 semaine après l'IM dans la phase de prolifération et a aggravé les résultats (Alibhai et al., 2014). Vous trouverez plus de détails dans les informations complémentaires.

Il a été démontré que les rythmes circadiens désynchronisés provoquent des cardiomyopathies dilatées. KO omniprésent de Bmal1 provoque une cardiomyopathie dilatée chez la souris un cardiomyocyte spécifique Bmal Le modèle knock-out a prouvé le rôle de l'horloge circadienne des cardiomyocytes dans le maintien de la rythmicité du transcriptome (Young et al., 2014). Les hamsters qui ont un allèle mutant du gène lié à l'horloge circadienne, la caséine kinase 1 epsilon (CKIƐ Hurd & Ralph, 1998) ont une périodicité circadienne réduite de 24 à 22 h et une incidence accrue de pathologie cardiaque.


Introduction

En 2009, une maladie infectieuse émergente caractérisée par une fièvre sévère, une thrombocytopénie, une leucocytopénie et un dysfonctionnement de plusieurs organes a été identifiée comme étant causée par un nouveau membre du genre phlebovirus de la famille des Bunyaviridae en Chine [1]. La maladie a été identifiée pour la première fois comme la fièvre sévère avec syndrome de thrombocytopénie (SFTS) dans le centre et le nord-est de la Chine en 2008 [2]. SFTS a un taux de létalité moyen de 12% et même 30% dans certaines régions. Les rapports faisant référence à des symptômes cliniques d'infection par le virus SFTSV sont soit des rapports de cas, soit de brefs rapports, et les caractéristiques cliniques détaillées des cas d'infection par le virus SFTS (SFTSV) n'ont pas été bien décrites. Plusieurs études ont décrit les facteurs associés au décès chez les patients atteints de SFTSV. Cependant, des travaux précédemment publiés ont évalué les facteurs de risque de décès par analyse univariée, et les facteurs de risque de gravité chez les patients atteints de SFTS et de décès chez les patients atteints de SFTS sévère restent à déterminer.

Nous avons rencontré des patients infectés par le SFTSV à partir de juin 2010. Les principaux syndromes cliniques dans les cas critiques étaient des troubles de la conscience, une pneumonie sévère, des signes hémorragiques, une coagulopathie, une insuffisance rénale et une arythmie, qui présentaient des symptômes et des anomalies biologiques plus sévères que ceux rapportés jusqu'à présent. 1-3]. Les patients présentant des signes cliniques de SFTS présentaient des complications plus graves que celles d'autres maladies causées par les bunyavirus (fièvre phlébotome, fièvre hémorragique avec syndrome rénal, fièvre de la Vallée du Rift et fièvre hémorragique de Crimée-Congo) [4-7]. Les patients infectés par le SFTSV dans le nord-est de la Chine sont principalement répartis dans la province du Liaoning. Nous résumons les caractéristiques cliniques, les résultats et les facteurs de risque associés à la gravité chez les patients atteints de SFTS et à la mortalité chez les patients atteints de SFTS sévère dans le Liaoning, en Chine, de juin 2010 à décembre 2011.


Résultats et discussion

Notre motivation pour développer le logiciel MaGelLAn est venue du manque d'outils adéquats pour résoudre les problèmes que nous avons rencontrés dans nos recherches sur l'influence de la variabilité du mitogénome sur les traits quantitatifs dans de grandes populations. Initialement, comme le nombre d'individus séquencés de nos pedigrees augmentait à des centaines, nous avions besoin d'une approche informatique pour le problème de concordance des pedigrees. Par conséquent, nous avons développé d'autres composants de MaGelLAn 1.0 pour permettre la préparation des données nécessaires à l'analyse de l'impact du polymorphisme du mitogénome sur la variation des caractères quantitatifs. De plus, MaGelLAn 1.0 calcule des paramètres, tels que les tailles effectives de population du mitogénome et de la lignée maternelle, qui sont utiles dans la gestion de la conservation des petites populations. Étant donné que les analyses de traits quantitatifs sont basées sur de grands ensembles de données, MaGelLAn 1.0 utilise les méthodes de calcul appropriées qui combinent efficacement les informations généalogiques et moléculaires. L'objectif principal était de jeter les bases de ressources pouvant être utilisées pour relier les informations du mitogénome à un grand nombre de phénotypes disponibles.

En ce qui concerne les marqueurs nucléaires et l'hérédité autosomique, plusieurs programmes auront des fonctions identiques ou similaires à celles de MaGelLAn 1.0. Par exemple, il existe des programmes qui peuvent corriger les erreurs de pedigree [37] et calculer les tailles effectives de population et les coefficients de co-ascendance [38, 39], mais uniquement pour les données de pedigree. Certains autres programmes basés uniquement sur des informations moléculaires peuvent calculer la taille effective de la population [40�] et la co-ascendance moléculaire [43], vérifier la cohérence des pedigrees avec les données moléculaires [44, 45] ou permettre l'imputation des informations moléculaires à individus liés au pedigree [46, 47]. Cependant, complémentaire de tous les outils existants, MaGelLAn 1.0 est le seul logiciel destiné à couvrir les spécificités de l'analyse du mitogénome. En particulier, il s'adresse aux chercheurs qui s'intéressent à l'analyse de l'impact du mitogénome sur la variabilité quantitative des traits. Nous pensons que MaGelLAn aidera à mieux comprendre cet impact dans les populations disposant d'informations généalogiques enregistrées.

En ce qui concerne l'organisation du code et les aspects d'ingénierie logicielle, MaGelLAn est implémenté via des scripts Python3 conviviaux avec des noms de variables et des fonctions explicites qui sont faciles à comprendre et peuvent être réutilisés dans d'autres applications similaires. Certaines des procédures de saisie et de vérification utilisées dans tous les modules pourraient avoir été mises en œuvre en tant que fonctions externes. Cependant, certaines différences existent dans le traitement initial et nous pensons que cela diminuerait la lisibilité du code. De plus, notre intention était de garder les modules individuels portables. Avec l'intention de garder le logiciel aussi facile à utiliser et à gérer que possible, nous avons choisi d'éviter l'utilisation de commutateurs et de routines externes.

Un exemple d'utilisation typique de la suite MaGelLAn lorsqu'il s'agit d'un nouveau pedigree est présenté dans la Fig.  1 . Cependant, en fonction de l'état des données généalogiques particulières et du type d'informations nécessaires, les modules peuvent être utilisés dans différentes combinaisons ou séparément. MaGelLAN 1.0. couvre un ensemble complet de fonctionnalités nécessaires aux fins de notre recherche. Nous sommes ouverts à la possibilité que d'autres fonctionnalités soient ajoutées à MaGelLAn dans le temps, et nous invitons d'autres chercheurs intéressés à contribuer avec des propositions de nouvelles fonctionnalités ou avec leur propre code.


Voir la vidéo: Drosophila larva dissection by Dr. Tingting Gu University of Oklahoma (Juillet 2022).


Commentaires:

  1. Tumuro

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