ÉTUDE DU RÔLE DU SÉLÉNIUM ET DE LA SÉLÉNOPROTÉINE N<br />DANS LES PATHOLOGIES MUSCULAIRES.

2006-09-15Selenium was considered originally as a poison. It is only in the mid-fifties that the physiological significance of this trace element was correctly evaluated; identification of pathologies related to selenium deficiencies demonstrated its essential nutrient function in livestock and later in humans.Biochemical studies identified selenocysteine as the major biological form of selenium in animals and bacteria. This particular amino acid is specifically incorporated into selenoproteins through a dedicated translation machinery.Most of the known selenoproteins have not been attributed a function yet. Among them is selenoprotein N (SePN), a novel selenium containing protein identified in our laboratory in 1999. In 2001, it was shown that several muscular disorders segregate with a locus containing SEPN1, the SePN encoding gene. These diseases are now collectively classified as SePN-related myopathies. At the beginning of my PhD studies, little was known about selenoprotein N. To identify its function, several approaches were developed concomitantly.First, I contributed to demonstrate that SePN is a 65kDa trans-membrane glycoprotein localized within the endoplasmic reticulum. Then, several successive approaches allowed characterization of SePN interacting partners in the membrane whose identification and further validation are underway.In a second step, we developed two animal models for SePN related myopathies. Owing to an antisense strategy, it was shown that inhibition of SePN expression during zebrafish embryogenesis led to severe muscular defects and abnormal development. In parallel, taking advantage of the Cre-Lox system, we generated either the complete knock-out of the gene in mice or the conditional targeted disruption of the SEPN1 gene in muscle only. Both models showed no apparent defects. Histological studies, however, showed that muscles featured dystrophic muscular fiber patterns. In addition, we showed that SEPN1 knockout mice displayed increased sensitivity to induced oxidative stress. The functional exploration of these models will be pursued in collaboration with several groups.Finally, another project that was tackled consisted in engineering a correction strategy based on the use of a modified tRNASec to force recognition of a mutated Sec codon in a RSMD1 patient with a homozygous point mutation. Successful experiments conducted in cultured cells opened the route toward a possible gene therapy for these patients.Altogether, the studies will help obtaining a better insight into SePN function, especially in muscle physiology, as well as to increase our knowledge regarding selenium role in human health. The final aim of these studies is to develop targeted diagnostic and therapeutic tools that will derive from our predictive models.Longtemps considéré comme un composé toxique, le sélénium est maintenantlargement reconnu comme oligo-élément essentiel. Des carences alimentaires ont étéassociées à de nombreuses pathologies.La sélénocystéine est la forme biologique principale du sélénium. Cet acide aminé particulierest spécifiquement incorporé dans les sélénoprotéines grâce à une machinerie traductionnelledédiée en réponse à un codon UGA, traditionnellement reconnu comme un codon stop.A ce jour, la fonction moléculaire de la plupart des sélénoprotéines demeure inconnue. Parmicelles-ci figure la sélénoprotéine N (SePN), une nouvelle protéine à sélénium identifiée en1999 dans notre laboratoire par une approche bioinformatique.En 2001, il a été démontré que des mutations dans le gène SEPN1 codant pour SePN étaientresponsables de différentes pathologies musculaires regroupées dorénavant sous le terme demyopathies apparentées à la sélénoprotéine N.Au début de ma thèse, peu de choses étaient connues sur la fonction de SePN. Pourcomprendre son rôle, nous avons entrepris son étude selon différentes approches.Dans un premier temps, j'ai contribué à montrer que SePN est une glycoprotéine de 65kDa,associée aux membranes du réticulum endoplasmique. Ensuite, des approches biochimiquessuccessives ont permis de mettre en évidence son interaction avec différentes protéines de lamembrane, et dont l'identification est en cours.Dans un deuxième temps, nous avons mis au point deux modèles animaux des pathologiesmusculaires associées à un dysfonctionnement de SePN. Par une approche antisens, il a étéobservé que l'inhibition de l'expression de SePN au cours du développement embryonnairechez le poisson zèbre entraînait une altération de l'organisation du tissu musculaire.Parallèlement, tirant avantage du système Cre-Lox, nous avons obtenu des souris invalidéespour SEPN1 dans tout l'organisme ou de façon tissu spécifique dans le muscle. De façonsurprenante, les animaux ainsi obtenus ne présentent pas de phénotype apparent, même si lesanalyses histologiques préliminaires permettent d'observer un profil dystrophique classiquedes fibres musculaires. En outre, les animaux semblent présenter une sensibilité accrue austress oxydatif induit. L'exploration fonctionnelle de ce modèle est poursuivie au laboratoireet fait l'objet de plusieurs collaborations.Enfin, une autre étude entreprise au cours de ma thèse concerne une mutation pathologique dugène SEPN1 conduisant à l'apparition de myopathies chez l'homme. Par une approcheoriginale déduite du mécanisme atypique de traduction des sélénoprotéines, une stratégie quipourrait aboutir à terme à une thérapie génique pour certains patients a été mise au point.L'ensemble de ces travaux va permettre d'augmenter nos connaissances sur le rôle dela sélénoprotéine N dans le muscle ainsi que sur la fonction biologique de l'oligo-élémentsélénium dans ce tissu. Le but ultime de l'ensemble de ces travaux est de développer desoutils de diagnostic ainsi que des approches thérapeutiques ciblées