The Adenylocsuccinate lyase deficiency - from metabolic deficiency to muscular defect using C. elegans as an animal model

La voie de biosynthèse des purines est un réseau métabolique conservé de procaryotes à l'Homme, assurant l'homéostasie de l'ATP et du GTP. Les purines peuvent être synthétisées de novo, réutilisées ou produites par interconversion de métabolites existants à l'aide de la voie dite de recyclage. De plus, les intermédiaires peuvent agir en tant que métabolites signals régulant l'expression génique. Cette voie est bien caractérisée chez des micro-organismes tels la levure ou la bactérie, mais peu de choses sont connues chez les métazoaires. Différentes maladies sont associées à des déficiences enzymatiques de la voie de biosynthèse des purines conduisant à des anomalies neuro-musculaires, des comportements du spectre autistique et à un retard psychomoteur chez l'Homme. Nous nous sommes particulièrement intéressés à la déficience en Adénylosuccinate Lyase (ADSL), une enzyme impliquée dans la voie de novo et dans la voie de recyclage des purines, responsable des symptômes neuronaux et musculaires chez les patients.Pour mieux comprendre les mécanismes sous-jacents à cette déficience, nous avons établi C. elegans comme organisme modèle métazoaire pour étudier la voie de la biosynthèse des purines, et en particulier le déficit en ADSL. Dans notre étude, par alignement de séquence, profil HPLC et complémentation fonctionnelle chez la levure, nous avons montré que la voie de novo et la voie de recyclage sont fonctionnellement conservées chez C. elegans. Grâce à notre étude, nous sommes en mesure d’attribuer des phénotypes développementaux et tissus spécifiques à des étapes séparables du métabolisme des purines dans un organisme modèle métazoaire. Notre analyse montre que l'activité ADSL dans la voie de recyclage joue un rôle crucial pour le maintien de la lignée germinale, pour l'intégrité musculaire et pendant le développement post-embryonnaire.The purine biosynthesis pathway is a metabolic network conserved from prokaryotes to humans, ensuring ATP and GTP homeostasis. Purines can either be synthesized de novo, reused, or produced by interconversion of extant metabolites using the so-called recycling pathway. Moreover, intermediates can act as signal metabolites regulating gene expression. This pathway is well characterized in microorganisms such as heat or bacteria, but little is know about its regulation in metazoans. Different diseases are associated with deficiencies in purine synthesis enzymes leading to neuromuscular defects, autistic spectrum behaviors and psychomotor delay in humans. We focused our analysis on the deficiency of Adenylosuccinate Lyase (ADSL), which is an enzyme involved in the purine de novo and the recycling pathways causing neuronal and muscular symptoms in patients. To better understand mechanisms underlying this deficiency, we have established C. elegans as a metazoan model organism to study the purine biosynthesis pathway, specially the ADSL deficiency. In our study, by sequence alignment, HPLC profiling and functional complementation in yeast, we have shown that both the de novo and the recycling pathway are functionally conserved in C. elegans. Thanks to our study, we are able to ascribe developmental and tissue specific phenotypes to separable steps of the purine metabolism network in a metazoan model organism. Our analysis shows that ADSL activity in the recycling pathway plays a crucial role for germline maintenance, for muscle integrity and during the post-embryonic development